De la dérive des continents à la tectonique des plaques

Chap 2: De la dérive des continents à la tectonique des plaques

Pb: Comment la connaissance des fonds océaniques a-t-elle permis l’élaboration de la théorie de la tectonique des plaques ?

Pb n°1 : comment les plaques peuvent-elles se former?

1. L’hypothèse de l’expansion des fonds océaniques:

1. La découverte des reliefs des fonds océaniques:

Après la seconde guerre mondiale le développement des techniques de reconnaissance sous-marine (photographie sous-marine, échosondeur, sismique réflexion, détection magnétique...) a permis la découverte progressive des fonds marins qui représentent les deux tiers de la surface terrestre. Parmi les navires océanographiques de cette époque, le plus connu est le Vema qui a sillonnée tous les océans du monde de 1953 à 1981.

Dès les années 1940 les sondeurs acoustiques permettent des relevés bathymétriques du fond des océans par mesure du temps de trajet d’un signal acoustique réfléchi par le fond*.

En 1960, on établit une carte du relief des fonds océaniques. On découvre (Tharp, Henzen et Ewing) qu'une dorsale serpente dans tous les océans. Sur près de 65 000 km de long pour 500 à 2 000 km de large elle culmine vers 2,5 km de profondeur et domine les plaines abyssales dont la profondeur est d'environ 5 km.

On découvre aussi la présence de fosses qui forment un sillon, de 8 à 11 km de profondeur pour 100 km de large, principalement en bordure de l'océan Pacifique.

1. Les travaux de Holmes

À la fin du XIXe siècle on découvre la radioactivité de la Terre. Celle-ci génère des quantités énormes de chaleur qui doivent s'évacuer.

Dès 1929, Holmes propose que des mouvements de convection dans le manteau solide puissent être le moteur de la dérive des continents. Il a l'intuition que ces courants, s'ils existent, pourraient fragmenter un continent primordial par les forces de pression exercées.

Ces morceaux, poussés par le basalte qui se solidifie, s'écarteraient jusqu'à ce qu'ils soient entraînés par un courant descendant, au niveau des fosses océaniques.

Ce modèle, bien que cohérent à ce qui se déroule en réalité, n'est pas assez argumenté et ne reste qu'un schéma conceptuel.

1.  Les mesures du flux géothermique

Le flux géothermique est la quantité de chaleur d'origine interne évacuée par unité de surface et par unité de temps. Les premières mesures du flux géothermique (dans les années 1950) montrent :
- qu'il ne présente pas de différence marquée entre continents et océans (60 mW.m-2) ;
- qu'il est plus élevé que la moyenne au niveau des dorsales et moins élevé au niveau des fosses.

1.  Les travaux de Hess

 Entre deux missions militaires, Hess réalisa des relevés bathymétriques et découvrit ce qu'il appela des guyots, il imagina que c’était d’anciennes îles volcaniques entraînées par le glissement du flanc de la dorsale jusqu'à la plaine abyssale puis englouties au niveau des fosses. Il ne publiases travaux qu'en 1962 sous le titre : "essai de géopoésie".

En 1960, Hess attribue (comme Holmes 30 ans plus tôt) la mobilité des fonds marins à des mouvements de convection affectant le manteau et considère que les dorsales sont la manifestation en surface des branches ascendantes de cellules de convection et que les fosses océaniques sont les témoins des branches descendantes. Les continents seraient entraînés passivement à la surface de ces cellules de convection.

Ainsi, de part et d’autre de chaque dorsale, la croûte océanique serait en permanence recyclée et se comporterait comme une sorte de « double tapis roulant ».

Un autre géologue, Dietz, traduit ce mécanisme par l’expression « sea floor spreading » = expansion des fonds océaniques.

Comment prouver cette expansion ?

1. L’apport du paléomagnétisme:

1. Le champs magnétique terrestre:

La Terre agit comme un aimant. Le champ magnétique terrestre est la conséquence d'écoulements de matière ionisée dans le noyau terrestre qui entraînent des courants électriques. Sa direction est indiquée par l'aiguille aimantée d'une boussole. Les positons des pôles magnétiques varient en permanence mais leurs déplacements (qui peuvent atteindre 50 km en un an) se font toujours au sein d'une zone peu étendue, de sorte que ces positions sont considérées aujourd'hui comme des repères stables à l'échelle des temps géologiques.

Les roches anciennes indiquent des pôles différents des roches actuelles. À une époque donnée, les pôles ne coïncident pas d'un continent à l'autre. Cette observation peut être interprétée de deux manières : soit la position des pôles a changé (fixisme), soit les continents se sont déplacés (mobilisme).

1. Les roches et le champ magnétique « fossile »:

Quand une roche fondue refroidit les minéraux ferromagnétiques qu'elle contient (comme la magnétite Fe3O4) s'aimantent vers 600°C (585°C pour la magnétite), c'est le point de Curie. Elle acquiert alors son propre champ magnétique parallèle au champ magnétique terrestre ambiant. Après refroidissement la roche solide possède alors une "mémoire" magnétique qui indique la direction des pôles magnétiques au moment de son refroidissement. C'est le paléomagnétisme.

1. Les inversions du champs magnétique terrestre (Brunhes et Matuyama, 1906) :

En étudiant des superpositions de coulées de lave en milieu continental, on observe que le champ magnétique terrestre s'est inversé au cours du temps. Le Nord magnétique se trouve alors du côté du Sud géographique et inversement. On distingue donc des époques normales où le champ magnétique est identique à l'actuel et des époques inverses où la direction du champ magnétique est opposée. Chaque époque étant entrecoupée d'épisodes consistant en un court changement de polarité.

Une datation précise des inversions magnétiques a été réalisée au début des années 1960 grâce à la radiochronologie (mesure du temps par étude de la désintégration d'isotopes radioactifs). On dénombre environ 300 inversions magnétiques au cours des derniers 200 millions d'années (la dernière inversion est survenue il y a 780 000 ans).