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Définition et synonyme de : TECTONIQUE DES PLAQUES

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Article publié par Encyclopaedia Universalis TECTONIQUE DES PLAQUES En 1912, le météorologue allemand Alfred Wegener (1880-1930) dévoile lors d'un congrès sa théorie des « translations continentales » : les continents, qui tout d'abord ne faisaient qu'un, se sont détachés, ont dérivé lentement et se sont éloignés les uns des autres jusqu'à leur position actuelle. Son argumentation s'appuie non seulement sur des éléments morphologiques (encastrement de l'Amérique du Sud et de l'Afrique), structuraux (prolongement des chaînes sud-africaines du Cap en Argentine, corrélation entre la chaîne hercynienne et les Appalaches, bouclier d'Afrique et du Brésil en vis-à-vis) et paléontologiques (végétaux identiques en Inde, à Madagascar, au Brésil et en Afrique à l'époque du Carbonifère, existence d'un même petit reptile du nom de Mesosaurus en Afrique et en Amérique du Sud à l'époque du Permien), mais aussi sur des données géophysiques, stratigraphiques, paléoclimatologiques, tectoniques. Wegener est donc le premier à penser que les continents peuvent se déplacer horizontalement. Sa théorie, appelée plus tard dérive des continents, s'est révélée visionnaire.
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TECTONIQUE DES PLAQUES

En 1912, le météorologue allemand Alfred Wegener (1880-1930) dévoile lors d'un congrès sa théorie des « translations continentales » : les continents, qui tout d'abord ne faisaient qu'un, se sont détachés, ont dérivé lentement et se sont éloignés les uns des autres jusqu'à leur position actuelle. Son argumentation s'appuie non seulement sur des éléments morphologiques (encastrement de l'Amérique du Sud et de l'Afrique), structuraux (prolongement des chaînes sud-africaines du Cap en Argentine, corrélation entre la chaîne hercynienne et les Appalaches, bouclier d'Afrique et du Brésil en vis-à-vis) et paléontologiques (végétaux identiques en Inde, à Madagascar, au Brésil et en Afrique à l'époque du Carbonifère, existence d'un même petit reptile du nom de Mesosaurus en Afrique et en Amérique du Sud à l'époque du Permien), mais aussi sur des données géophysiques, stratigraphiques, paléoclimatologiques, tectoniques. Wegener est donc le premier à penser que les continents peuvent se déplacer horizontalement. Sa théorie, appelée plus tard dérive des continents, s'est révélée visionnaire. Elle est pourtant rejetée et tombe dans l'oubli jusqu'à la fin des années 1950, notamment parce que Wegener ne sait trouver le véritable moteur de cette dérive – il propose que la rotation terrestre mette les continents en mouvement, ce que les géophysiciens de l'époque ont tôt fait de réfuter en démontrant que ces forces sont insuffisantes.

L'exploration des océans

En 1948, le physicien américain Maurice Ewing (1906-1974), spécialiste de la sismique marine, se voit confier par l'université Columbia (New York) la mission de fonder, sur une propriété léguée par un banquier de Wall Street, un institut océanographique (aujourd'hui appelé le Lamont-Doherty Earth Observatory). Ewing est persuadé que l'exploration des fonds des océans – qui représentent 70 p. 100 de la surface du globe – permettra de mieux comprendre les processus terrestres. Il lance donc dans les années 1950 et 1960 un grand programme d'étude océanographique. Ces campagnes en mer mettent en évidence la présence d'une immense chaîne de montagnes sous-marine qui ceinture tous les océans sur 60 000 kilomètres de longueur. Ces « dorsales océaniques », qui sont la plus grande structure géologique du globe, présentent en leur centre, à une profondeur moyenne de 2 500 mètres, un fossé large de 30 kilomètres : le rift, qui est le siège d'une intense activité sismique.

En 1962, l'Américain Harry Hammond Hess (1906-1969), de l'université Princeton, publie un article intitulé Histoire des bassins océaniques dans lequel il donne pour la première fois une signification au rift. Il propose que les fonds océaniques s'y créent en permanence par ascension de magma sous l'effet des courants de convection dans le manteau terrestre ; les premiers basaltes sont repoussés par les suivants et, à la manière d'un double tapis roulant, le plancher océanique se déplace horizontalement de part et d'autre sous l'effet des courants de convection et finit par s'enfoncer dans le manteau au niveau des fosses qui bordent certains océans. C'est l'hypothèse de l'expansion des fonds océaniques qui fournit enfin un moteur – la convection – à la dérive des continents (l'expression sea-floor spreading est inventée par Robert Sinclair Dietz en 1961 dans un article livré à la revue Nature dans lequel il reprend les idées que Hess n'a pas encore publiées).

Dietz est par ailleurs le premier à exposer que la limite sur laquelle glissent les océans et les continents est celle qui sépare la lithosphère de l'asthénosphère. La lithosphère est l'enveloppe externe de la Terre comprenant la croûte terrestre (océanique ou continentale) et la partie supérieure du manteau ; elle est rigide et épaisse d'une centaine de kilomètres en moyenne. L'asthénosphère est la couche sous-jacente visqueuse composée de manteau partiellement fondu. Les continents se trouvent donc enchâssés dans des plaques lithosphériques rigides qui se prolongent sous eux et sous les océans et qui se déplacent sur l'asthénosphère.

En 1963, Frederick J. Vine et Drummond H. Matthews (ainsi que Lawrence W. Morley et A. Larochelle) confirment l'hypothèse de Hess grâce au paléomagnétisme, c'est-à-dire à l'étude du magnétisme terrestre dans le passé. Les campagnes océanographiques menées sur tous les océans ont permis de disposer de milliers de profils magnétiques à travers les dorsales océaniques. Juxtaposés, ils dessinent une carte en « peau de zèbre », c'est-à-dire que, de chaque côté d'une dorsale, on obtient des bandes parallèles plus ou moins larges d'anomalies magnétiques alternativement positives ou négatives selon que l'intensité du champ magnétique mesurée est supérieure ou inférieure à la valeur moyenne du champ régnant dans la région. Or les roches volcaniques recèlent des oxydes de fer, comme la magnétite, qui ont la propriété d'acquérir une aimantation rémanente, c'est-à-dire une aimantation de même sens que le champ magnétique régnant au moment de leur formation. C'est grâce à cette propriété que l'on s'est aperçu, entre autres, que le champ magnétique terrestre s'est régulièrement inversé (position des pôles Nord et Sud magnétiques intervertis par rapport à aujourd'hui) et ce à de nombreuses reprises au cours des temps géologiques. Enfin, les méthodes radiochronologiques ont même permis de dater chacun des épisodes dits « normaux » (orientation du champ magnétique de l'époque identique à celle d'aujourd'hui) et « inverses ». Munis de tous ces éléments, Vine et Matthews interprètent alors les anomalies magnétiques comme l'enregistrement en continu au cours du temps des inversions du champ magnétique terrestre dans les roches volcaniques du plancher océanique. Les basaltes émis dans le rift acquièrent au moment de leur refroidissement l'orientation du champ magnétique ambiant (normale ou inverse), puis d'autres basaltes repoussent les précédents de part et d'autre de la dorsale, ce qui donne sur de très longues périodes des bandes parallèles symétriques d'aimantation alternativement normale (anomalie positive) et inverse (anomalie négative). Cette explication ne peut s'admettre que si les fonds océaniques s'épandent à vitesse constante de part et d'autre des dorsales : c'est l'hypothèse de Hess.

Il est à noter que le paléomagnétisme avait déjà redonné du crédit à la théorie de la dérive des continents dès les années 1950. En effet, des mesures faites sur des roches volcaniques de divers continents avaient montré qu'ils s'étaient déplacés les uns par rapport aux autres.

Enfin, en 1967 et 1968, l'Américain Jason Morgan, le Britannique Dan McKenzie et le Français Xavier Le Pichon synthétisent tous ces résultats en publiant des modèles de cinématique quantitative mettant en jeu douze (J. Morgan) et six (X. Le Pichon) plaques lithosphériques en mouvement les unes par rapport aux autres sur une surface sphérique. La théorie de la tectonique des plaques est née.

Les grands principes de la tectonique des plaques

Ces modèles sous-tendent un certain nombre de grands principes. La lithosphère est découpée en une dizaine de grandes plaques rigides se déplaçant les unes par rapport aux autres sur une asthénosphère visqueuse à la vitesse de quelques centimètres par an.

Les frontières entre les plaques sont de quatre types : tout d'abord, les dorsales océaniques où se forment les fonds océaniques par remontée dans le rift de laves basaltiques qui se solidifient ; puis les zones de subduction (fosses de la ceinture de feu du Pacifique...), où s'engloutit le plancher océanique dans le manteau ; ensuite les failles transformantes (faille de San Andreas en Californie...), le long desquelles deux plaques glissent l'une contre l'autre ; enfin, les zones de collision entre deux plaques continentales, où se créent les chaînes de montagnes (la chaîne Himalaya-Tibet avec la collision Inde-Asie). Une chaîne de montagnes peut aussi résulter de la subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale.

Toutes les déformations se localisent à ces limites. C'est là que se produisent la plupart des séismes (en raison des frottements entre les plaques) et des éruptions volcaniques (remontée de magma au niveau des dorsales et fusion de la plaque plongeante dans les zones de subduction).

La tectonique des plaques a opéré une véritable révolution dans les sciences de la Terre par l'explication et la quantification de nombreux phénomènes géologiques : formation des océans et des chaînes de montagnes, distribution des continents, répartition et origine des séismes et du volcanisme... La géodésie spatiale qui permet aujourd'hui de mesurer les mouvements actuels entre les plaques avec une précision de quelques millimètres par an en a validé les hypothèses en montrant que ces déplacements étaient similaires à ceux qui avaient été énoncés par la théorie. Notons toutefois que la tectonique des plaques est un modèle qui, comme tous les modèles, pose des questions qui demandent encore à être résolues. Citons notamment la question de la rigidité des plaques, qui n'est pas toujours vérifiée, et les modalités précises de la convection dans le manteau.

Auteur: Florence DANIEL