La tectonique des plaques ou tectonique globale

1. Une première idée : la dérive des continents (Wegener)

Au début du XXe siècle, le météorologue allemand Alfred Wegener propose la théorie de la dérive des continents (présentée en 1912, publiée dans un livre en 1915). Selon lui, tous les continents formaient autrefois un seul supercontinent, la Pangée, qui s'est ensuite fragmenté ; les morceaux ont dérivé jusqu'à leur position actuelle.

Il appuie son idée sur quatre types d'arguments :

• morphologique : les côtes de l'Afrique et de l'Amérique du Sud s'emboîtent ;
• géologique : des chaînes de montagnes anciennes et des roches de même âge se prolongent d'un continent à l'autre ;
• paléontologique : des fossiles d'espèces terrestres ou d'eau douce (le reptile Mésosaure, la plante Glossopteris) se trouvent sur des continents aujourd'hui séparés par des océans ;
• paléoclimatique : des traces d'anciens glaciers de même âge (fin du Paléozoïque) existent en Afrique, en Amérique du Sud, en Inde et en Australie, régions aujourd'hui chaudes ; elles s'expliquent si ces terres étaient réunies près du pôle Sud.

La théorie est pourtant rejetée par la majorité des géologues : Wegener imagine des continents qui avancent à travers le fond des océans, ce qui est physiquement impossible, et il ne trouve pas de moteur convaincant.

2. De nouvelles données viennent des océans (1950-1965)

Après la Seconde Guerre mondiale, l'exploration des fonds marins apporte des découvertes décisives :

• la cartographie des fonds révèle les dorsales, longues de plus de 60 000 km, et les fosses profondes ;
• les fonds océaniques sont jeunes et leurs sédiments sont minces près des dorsales ;
• les séismes et les volcans se concentrent sur des bandes étroites (dorsales, fosses, chaînes de montagnes).

En 1962, l'Américain Harry Hess propose l'expansion des fonds océaniques : la croûte océanique se forme aux dorsales, s'en écarte et disparaît dans les fosses. En 1963, Vine et Matthews montrent que les anomalies magnétiques sont disposées en bandes symétriques de part et d'autre des dorsales, ce qui confirme cette expansion. En 1965, Tuzo Wilson décrit les failles transformantes, qui décalent les dorsales.

3. La naissance de la tectonique des plaques (1967-1968)

En 1967-1968, plusieurs chercheurs, dont Jason Morgan, Dan McKenzie et le Français Xavier Le Pichon, rassemblent toutes ces données en une seule théorie : la tectonique des plaques, aussi appelée tectonique globale parce qu'elle explique à l'échelle de toute la planète la formation des océans, des montagnes, les séismes et les volcans. Le Pichon propose un premier découpage de la surface terrestre en six grandes plaques. À partir de 1968, les forages profonds en mer confirment que l'âge des fonds augmente avec la distance à la dorsale.

Aujourd'hui, les mesures par satellites (GPS) permettent de mesurer directement le déplacement des plaques, de l'ordre de quelques centimètres par an.

4. Les principes de la tectonique globale

1. La surface de la Terre est formée d'une douzaine de grandes plaques lithosphériques rigides (et de plus petites), qui se déplacent sur l'asthénosphère ductile.
2. Chaque plaque est rigide : elle se déforme peu à l'intérieur ; l'essentiel de l'activité (séismes, volcans, montagnes) se concentre sur ses frontières.
3. Il existe trois types de frontières :

• divergentes : les plaques s'écartent (dorsales, rifts) ; de la lithosphère est créée ;
• convergentes : les plaques se rapprochent (subduction, collision) ; de la lithosphère est détruite ou épaissie ;
• transformantes (ou coulissantes) : les plaques glissent l'une contre l'autre ; la lithosphère est conservée.

1. La surface de la Terre ne varie pas : ce qui est créé aux dorsales est compensé par ce qui disparaît en subduction.
2. Une plaque peut porter à la fois de la lithosphère océanique et continentale (la plaque africaine porte l'Afrique et une partie des océans Atlantique et Indien).

5. Les moteurs du mouvement des plaques

Le moteur profond est la chaleur interne de la Terre, produite surtout par la désintégration d'éléments radioactifs (uranium, thorium, potassium) et héritée de la formation de la planète. Cette chaleur s'évacue par convection dans le manteau : le manteau solide, mais ductile à l'échelle de millions d'années, remonte lentement là où il est chaud et redescend là où il est froid, comme l'eau dans une marmite sur le feu, mais en des millions de fois plus lent.

Trois forces sont aujourd'hui reconnues :

• la traction de la plaque plongeante : la lithosphère dense qui plonge en subduction tire le reste de la plaque ; c'est la force principale. On constate d'ailleurs que les plaques bordées par de longues zones de subduction (Pacifique, Nazca) sont les plus rapides ;
• la poussée à la dorsale : la lithosphère, surélevée à l'axe de la dorsale, glisse sous son propre poids de part et d'autre, comme sur une pente ;
• l'entraînement par la convection du manteau, sous les plaques.

Les plaques ne sont donc pas des radeaux transportés passivement : elles font elles-mêmes partie de la convection, dont elles constituent la couche supérieure froide.

6. Le cycle de Wilson

Les océans ne sont pas éternels : ils s'ouvrent puis se referment. Ce cycle porte le nom de Tuzo Wilson.

Exemples : l'Atlantique est en phase d'ouverture ; le Pacifique, bordé de zones de subduction, est en phase de fermeture ; la Méditerranée est un reste d'un ancien océan presque refermé ; l'Himalaya résulte de la collision de l'Inde et de l'Asie après la disparition d'un océan. À la fin d'un cycle, les continents soudés peuvent former un supercontinent, comme la Pangée, qui se déchirera à son tour.