Tectonique des Plaques après la seconde guerre mondial et les nouveaux arguments

La tectonique des plaques Après la seconde guerre mondial et les nouveaux arguments 

Après la seconde guerre mondiale, le développement de la géophysique marine, de l’océanographie et du paléomagnétisme apportent des arguments nouveaux permettant de relancer l’idée de la mobilité des masses continentales.

Les navires océanographiques sont équipés de sonars multi-faisceaux qui permettent d’établir la Cartographie et la topographie des fonds océaniques. Des systèmes de dragage et de carottage permettent d’échantillonner systématiquement les fonds. De plus, grâce à des submersibles, les géologues peuvent choisir les échantillons, même sous plusieurs milliers de mètres d’eau.

Une série d’arguments nouveaux

- Sur la carte topographique des fonds marins (Figure ci-dessous), apparaît clairement un très vaste système de montagnes sous-marines appelées dorsales ou rides médio- océaniques qui parcourent tous les océans sur plus de 60.000 km. Ces dorsales sont constituées exclusivement de roches volcaniques (basaltes essentiellement) ;

Carte des fonds océaniques (d’après Le Pichon, Heezen et Tharp, 1970).

- Le profil topographique d’une dorsale est comparable à celui du rift est-africain : la dorsale s’élève à 1000-2000 m au-dessus de la plaine abyssale environnante et sa partie axiale est occupée par un fossé étroit limité par des failles suggérant une zone d’écartement ;

- Les séismes sont répartis le long de ceintures longues et relativement étroites aussi bien en domaine océanique que continental. Ces ceintures sismiques (Figure ci-dessous) sont par ailleurs superposables aux ceintures volcaniques reprenant les volcans actifs du globe. Donc, l’activité géologique de la planète, matérialisée par les séismes et les volcans, est répartie le long de zones étroites mais de grande extension qui jalonnent aussi bien les océans que les continents ;

localisation des épicentres des séismes. La répartition de ces séismes le long de ceintures sismiques longues et étroites indique la limite des plaques actuelles (Boillot et al, 2008, d’après Gordon et Stern, 1992).

- Les fosses abyssales, qui peuvent atteindre plus de 10.000 m de profondeur (- 11.500 m pour la fosse des Mariannes), sont essentiellement localisées en bordure de l’océan pacifique et sont ainsi superposées aux ceintures sismiques et volcaniques ;

- L’âge et l’épaisseur des sédiments océaniques (déterminé par chronostratigraphie) augmentent progressivement lorsque l’on s’éloigne de l’axe d’une dorsale. Ainsi, dans l’Atlantique, les sédiments sont récents et peu épais à l’aplomb de la dorsale ; ils deviennent plus épais et peuvent être d’âge jurassique (150 à 200 Ma) au large des côtes de l’Afrique de l’Ouest et de l’Amérique du Nord. De plus, la répartition des âges est symétrique par rapport à la dorsale ;

- Les travaux de paléomagnétisme (étude du champ magnétique terrestre au cours des temps géologiques) ont montré que le champ avait subi une série d’inversions de polarité (le champ actuel est dit «normal » ; il est dit « inverse » après inversion). On observe une disposition symétrique des séquences d’inversion de polarité du champ par rapport à l’axe des dorsales ;

- La vitesse de propagation des ondes sismiques augmente en général avec la profondeur car la densité des matériaux augmente. L’étude détaillée de la propagation des ondes dans le manteau a montré cependant que la vitesse diminuait à partir de 100-150 km de profondeur jusque 200-250 km. Cette zone à faible vitesse (low velocity zone ou LVZ en anglais) est interprétée comme une zone partiellement fondue. Il suffit d’un taux de fusion très faible (< 1%) pour expliquer la diminution de vitesse. 

Cette zone partiellement fondue, appelée asthénosphère, est donc plus chaude et moins rigide que la partie sous-jacente, appelée lithosphère. La lithosphère a en moyenne 100 km d’épaisseur et comprend donc la croûte et la partie supérieure du manteau : c’est la plaque ou plus précisément la plaque lithosphérique.

Conclusion

Tous ces arguments ont conduit, à la fin des années 1960, à développer la théorie de la tectonique des plaques comme une théorie synthétique intégrant de nombreux phénomènes et processus géologiques comme l’activité volcanique sous ses différents aspects, les séismes et leur répartition, la topographie des fonds marins, la formation des chaînes de montagne, … . 

Cette théorie de la mobilité des masses continentales constitue un nouveau paradigme en Sciences de la Terre !

La partie superficielle de la Terre – la lithosphère – est ainsi subdivisée en plaques rigides (de 100 à 150 km d’épaisseur) en mouvement relatif les unes par rapport aux autres. Ces plaques lithosphériques se déplacent sur l’asthénosphère sous-jacente constituée d’un matériau plus pâteux, plus plastique à l’échelle des temps géologiques.

Sur la Terre sphérique (en première approximation), les déplacements des plaques sont en fait des déplacements de calottes sphériques sur la sphère. Le grand mathématicien suisse Leonhard Euler (1707-1783) avait étudié les mouvements de calotte sur la sphère et montré que ce type de déplacement était en fait des rotations. Chaque plaque est donc en rotation sur la terre autour d’un axe de rotation eulérien (qui n’a rien à voir avec l’axe de rotation de la Terre) dont le point de percée en surface est appelé pôle eulérien de la plaque.

On dénombre classiquement (Figure ci-dessous) quinze grandes plaques (Amérique du Nord, Amérique du Sud, Afrique, Eurasie, Indo-Australie, Pacifique et Antarctique), quelques plaques moins étendues (Nazca, Cocos, Arabie,…) et de nombreuses microplaques (Caraïbes, Philippines, Anatolie,…).

les principales plaques et leurs limites (d’après un document de l’U.S. Geological Survey, 2001).

Une compilation détaillée récente (octobre 2011) dénombre 56 plaques et microplaques. Certaines de ces micro-plaques n’étaient pas mentionnées (même dans les ouvrages spécialisés) jusqu’au jour où certaines d’entre elles ont été le siège de séismes très puissants accompagnés de tsunamis destructeurs comme la micro-plaque birmane (séisme du 26 décembre 2004 au large de Sumatra) et la micro-plaque d’Okhotsk (séisme du 11 mars 2011 au NE du Japon).

Il est intéressant de noter que certaines plaques, comme la plaque Pacifique, ne comportent pas de blocs continentaux alors que d’autres, comme la plaque Eurasie, comportent à la fois un domaine continental (l’Europe et l’Asie) et un domaine océanique (la partie orientale de l’Atlantique Nord). Les continents ont donc un rôle passif dans la tectonique des plaques ; ils sont transportés comme des radeaux « flottants ».

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