La tectonique des plaques actuelles

Comme nous l'avons vu dans le chapitre précédent le modèle de la tectonique des plaques a été établit à partir de l'année 1967.

 

Les plaques et leurs déplacements.

L'un des principaux problèmes conceptuel à résoudre était de déterminer la bordure des plaques et comment des plaques rigides pouvaient se mouvoir sur une sphère. Dès le début les géologues ont compris que les bordures de plaques allaient être le lieu de fortes contraintes et donc de forts séismes. Ils ont donc utilisées les données de sismologie disponible à la fin des annèes 1960 pour construire un modèle avec 6 plaques tectoniques (modèle de Xavier Le Pichon 1968). Problème si avec ce modèle de six plaques on essayait de faire correspondre les Amériques avec l'Europe et l'Afrique (une des bases de la théorie de la dérive des continents) en effectuant une simple rotation des continents suivant l'axe des pôles actuel, ça ne correspond pas. Du coup les chercheurs de l'époque ont utilisé 2 astuces, ils ont définis des pôles eulériens qui sont légèrement décalé par rapport aux pôles. Mais même ainsi la correspondance n'était pas parfaite. La deuxième astuce a été d'utiliser les failles transformantes. Ces failles perpendiculaires à l'axe de la dorsale, et perpendiculaire à l'axe eulériens, permettaient de définir des parallèles eulériens. Le premier modèle de la tectonique des plaques était né.

Figures originales de l'article de le pichon en 1968 on y découvre les 6 plaques ainsi que les mouvements des plaques pour fermer l'Atlantique, démontrant le rôle des parallèles eulériens et des failles transformantes dans la dérive des continents.

Les frontières des plaques sont donc marquées par les zones à fortes sismicité, mais les études ont démontrés que le modèle à 6 plaques ne peut pas tout expliquer. Du coup les géologues ce sont penchés sur les possibles limites des plaques. Les études ont démontré que les bordures des plaques étaient plus complexes que prévues et on considère actuellement qu'il y a 14 plaques majeures, plus quelques micro-plaques. Les limites des plaques sont donc, les zones de subduction, les dorsales, les rifts et les zones de collision. Ces limites de plaques correspondent à 99,9% des zones à fortes sismicité et à 95% des zones volcaniques.

Le modèle a évoluer avec la compréhension du système. En particulier la compréhension du système des rifts (voir plus loin) qui ont permis de démontrer que le rift Islandais, par exemple, est la continuité de la dorsale Atlantique. De la même façon le rift est africain représente un océan en cours de formation et par conséquent délimite une plaque.

 

Le renforcement du modèle

L'étude et la compréhension des mécanismes de points chauds a ajouté du poids à la théorie de la tectonique des plaques. Un point chaud, c'est une remontée, par un mouvement de convection, de matériel mantellique chaud. Ce matériel va être si chaud qu'il va percer la lithosphère et produire un volcanisme intra plaque. On considère que le point chaud est fixe. L'étude des volcans, leurs alignements et leurs âges est un argument en faveur de la dérive des continents. L'exemple le plus concret est le cas de l'archipel d'Hawaï. En observant cet archipel on constate un alignement de volcans dans un alignement Nord est, Sud ouest. En 1971, J Morgan propose pour la première fois l'hypothèse du point chaud pour expliquer la formation de l'archipel. Les études géologiques menées sur le terrain, puis plus tard les analyses satellites vont démontrer que les volcans les plus anciens (situés au Nord Est) sont éteints, ils ne se situent plus sur le point chaud, et que seuls les volcans les plus récents (ceux situés au dessus du point chaud) ont encore une activité volcanique.

Représentation schématique de la chaînes des volcans d'Hawaï et graphique représentant l'âge des volcans en fonction de la distance du volcan d'Hawaï. 

 

Le modèle de la dérive des continents a aussi été renforcé par les forages océaniques. Dans le début des années 1970 de grandes campagnes de forage des fonds océaniques ont été entreprises. Ces campagnes ont permis de déterminer l'âge du fond des océans en fonction de la distance par rapport à la dorsale. En effet, les chercheurs ont remarqué que la quantité (l'épaisseur) des sédiments augmentent plus on s'éloigne de la dorsale océanique. Par ailleurs plus on s'éloigne de la dorsale océanique plus les sédiments sont vieux. On peut donc établir un graphique comme suit :

age-plancher-ocean.jpg

On constate que plus on s'éloigne de la dorsale, plus le plancher océanique est épais et plus on trouve des sédiments anciens. Ceci confirme donc qu'il y a un déplacement lent du plancher océanique.

 

l'apport du GPS

Dans les années 1980 l'armée américaine à lancé le programme Global positionning system, permettant de localiser n'importe qu'elle unité ou bâtiment n'importe où sur le globe terrestre. L'ensemble est constitué par un réseau de 48 satellites en orbite géostationnaire (immobile au dessus d'une localisation précise et qui ne bouge pas de la verticale d'un point sur la terre) autour de la terre. Très vite les scientifiques ont vu l'intérêt d'un tel matériel ont eu l'autorisation d'utiliser des canaux des satellites. Les satellites utilisent le principe de la triangulation (3 satellites) pour avoir un point précis. En plaçant des balises sur les différents continent il a été possible de déterminer la vitesse et la direction de déplacement des plaques tectoniques apportant par la même la conclusion au débat, il y a des mouvements des plaques lithosphériques à la surface du globe terrestre.

 

Le moteur de la tectonique des plaques.

Le débat n'est pas encore totalement fermé. Toutefois un consensus semble se dessiner et il apparaît que les représentation graphiques actuelles (2012), donnent souvent une idée fausse du mécanisme. Les chercheurs ont réussi à démontrer que le courant de convection dans le manteau n'avait pas une énergie suffisante pour déplacer des plaques lithosphériques, malgré le fait qu'elle soit posée sur une asthénosphère relativement visqueuse. Si la convection n'est pas l'origine du déplacement des continents, l'autre image qui nous vient en tête est la dorsale océanique qui pousse la croûte océanique. Là aussi cette image est fausse. L'expansion océanique au niveau de la dorsale n'est qu'une conséquence des mouvements lithosphérique. En clair, c'est parce que les plaques se séparent l'une de l'autre qu'il y a une dorsale et une remontée de magma.

La dorsale océanique - Un phénomène pour combler l'ouverture.

La séparation des plaques océaniques va entraîner la remontée dans le manteau supérieur de magma chaud. Il va donc s'établir un gradient de température et de pression centré sur la dorsale. Ce gradient va modifier le géotherme océanique normal au niveau de la dorsale. Ce géotherme modifé va provoquer la fusion partielle des minéraux présents sous la dorsale. Donc une fusion partielle des péridiotites présentent dans le manteau supérieur. Les matériaux ainsi fondu vont remonter lentement vers la surface où ils vont se refroidir et former la croûte océanique. Toutefois les études démontrent que les croûtes océanique n'ont pas toute la même composition et que leurs compositions dépendent de la vitesse d'ouverture de la dorsale.

Une dorsale lente (type dorsale atlantique) est caractérisée par une large vallée centrale (appelé rift) et beaucoup de failles transformantes. Pourquoi ceci? Dans une dorsale lente, les 2 cotés de la dorsale se séparent lentement dans une zone où la croûte terrestre est relativement peu épaisse et rigide. Il y a donc des éboulements qui vont former le rift. De plus, les remontées de magma chaud ne sont pas continues et ont lieu par moment, de ce fait une partie de la faille va être plus active que l'autre et il va y avoir des déplacements irrégulier, d'où des failles transformantes. Enfin la remontée magmatique étant eratique, le fond des océans à une composition irrégulière d'une zone à l'autre.

Une dorsale rapide (type dorsale pacifique) est caractérisé par l'absence de vallée centrale et par une croûte océanique uniforme constitué de gabbro et de basalte en filon. Ces 2 types de roches sont continus parce qu'ils sont formés dans une chambre magmatique alimentée en continu, voir minéralogie de la croûte terrestre

La subduction - le moteur de la tectonique des plaques

Comme nous l'avons vu ci-dessus, plus on s'éloigne de la dorsale, plus les sédiments s'accumulent sur la croûte océanique. Le poids accumuler, va faire qu'au bout d'un certain temps la croûte océanique va s'enfoncer dans l'asthénosphère. C'est l'enfoncement de la croûte océanique dans l'asthénosphère qui est le moteur de la tectonique des plaques, selon nos connaissances actuelles (2012). L'enfoncement de la croûte océanique dans l'asthénosphère va produire une accumulation d'énergie, en partie à cause des frottements. Cette énergie va être libérée sous 2 formes au niveau des zones de subduction. La première forme va être les séismes, la seconde sous forme de chaleur, ce qui va entraîner la fonte de la croûte subduquée, mais aussi un volcanisme de surface. La croûte subduquée fondue, entraîne une modification partielle de la composition de du manteau, ce qui fait que le volcanisme produit un magma légèrement différent, qui va donner la formation de granite dans la croûte continentale.

 

Schéma récent du mécanisme de la tectonique des plaques :

histoire-convection-2010.jpg

 

Dans ce schéma, la taille des flèches blanches indique la vitesse des mouvements. Les plaques qui subductent vont vite (≈ 10 cm/an), alors que les plaques qui ne subductent pas sont très lentes (≈ 1cm/an). L'ascension des panaches sous les points chaud est également actif et très rapide (> 10 cm/an). Source : Stéphane Labrosse, modifié par Pierre Thomas, dans "la convection mantellique..."


Quelques exercices sur ce sujet à partir de google earth pour apprendre de manière plus ludique.

9 votes. Moyenne 3.78 sur 5.

Date de dernière mise à jour : 04/09/2013