La tectonique des plaques

Définition, origines

La tectonique des plaques est une explication des principales caractéristiques du relief de la Terre, qui se fonde sur l'idée que les continents dérivent les uns par rapport aux autres, fixés qu'ils sont sur des plaques géologiques. Le système moderne de la tectonique s'est développé graduellement via le refroidissent du manteau depuis le néo-Archéen, il y a 2,5 milliards d'années. La tectonique des plaques, en tant que théorie scientifique, prend la succession d'une théorie précédente, appelée la "dérive des continents". Celle-ci avait été exposée en 1912 par un scientifique allemand, Alfred Wegener. Il pensait que les continents contemporains s'étaient fragmentés à partir d'un unique continent primordial, la "Pangée", il y a 225 millions d'années. Une vue plus raisonnée encore de cela se dévelopa dans les années 1960. Les scientifiques découvrirent alors la dérive des pôles et que le magnétisme terrestre conservé dans certaines roches, lorsque celles-ci se refroidirent, permettait de montrer que certaines roches trouvaient leur origine dans un même endroit. Dans le même temps, par ailleurs, on découvrit les grands systèmes de failles volcaniques qui se trouvent, sous la surface, au milieu des océans et qui font surgir, de part et d'autre d'elles, le magma profond. D'une façon accessoire, on découvrit, dans le magma refroidi, de part et d'autre de ces failles centrales, la preuve des variations du champ magnétique terrestre. La polarité du magma s'inverse à intervalles réguliers et on comprit que 4 inversions du champ magnétique terrestre avait eu lieu au cours des 5 derniers millions d'années. Tout cela, vers 1970, amena à cette théorie unique que l'on appela la "nouvelle tectonique globale" ou "la tectonique des plaques". C'est désormais cette théorie qui rend compte des différents aspects de la dynamique et de l'évolution géologiques de la Terre. Les chaînes de volcans, les fosses abyssales ou les chaînes de montagne sont toutes dues à la tectonique des plaques. La tectonique des plaques ne se rencontre pas que sur notre planète. On peut aussi la voir à l'oeuvre sur d'autres planètes -ou satellites de planètes- du système solaire, y modelant et y transformant aussi les différentes formes du relief. Des variations de la hauteur de la surface quasi-cycliques (sur entre 500 000 et 3 millions d'années) existent sur Terre. La litosphère, d'une façon générale, est la zone intermédiaire qui transfère la dynamique du manteau à la surface et le mouvement des plaques tectoniques intervient aussi dans la régulation des températures globales en recyclant le CO2 via les relations entre les roches et l'atmosphère

Mécanismes

La croûte terrestre est liée à la partie supérieure du manteau -cette partie de l'intérieur de la Terre qui se trouve entre le noyau et la surface. Croûte et partie supérieure du manteau forment, ensemble, ce que l'on appelle la "litosphère". Les plaques de la tectonique des plaques font partie d'une couche plus fluide de la lithosphère, qui se trouve en-dessous elle, l'"asténosphère". Les plaques tectoniques flottent, tout simplement, sur cette couche fluide. L'autre mécanisme de base de la tectonique des plaques est que du magma -qui, en refroidissant, donne de la croûte- se forme le long des failles centrales des océans alors qu'à d'autres endroits, dits "zones de subduction", la croûte terrestre, sous la forme d'une plaque tectonique, est ré-absorbée par le magma du manteau; elle s'y enfonce sous une autre plaque tectonique. Ces deux mécanismes expliquent, d'une part, que la croûte, sur les fonds océaniques, soit plus mince que sous les continents et que, au niveau des zones de subduction, les pressions créent d'énormes systèmes géologiques. Le phénomène peut mettre en jeu une plaque tectonique océanique et une plaque tectonique terrestre. On a alors création d'immenses chaînes de montagnes et une fosse marine associée (l'exemple-type en est la côte du Pacifique de l'Amérique latine); il peut mettre en jeu deux plaques sous-marines; on a alors création de fosses abyssales (exemple: la fosse des Mariannes, dans le Pacifique); ou, enfin, ce sont deux plaques tectoniques terrestres qui se rencontrent. On a alors formation d'immenses chaînes montagneuses (l'exemple bien connu en est la chaîne himalayenne). Les zones de subduction semblables à celle de la côte ouest de l'Amérique du Sud sont des zones de tremblements de terre fréquents, dont l'origine se trouve loin sous la surface, là où l'une des deux plaques tectoniques plonge sous l'autre à la rencontre du magma. Techniquement, le tremblement de terre a lieu dans la plaque qui se trouve au-dessus de la plaque qui est en plongée vers le magma. Pour ce qui est des tremblements de terre, en général, les plaques peuvent soit coulisser l'une par rapport à l'autre, de façon régulière, sans causer de tremblement de terre alors que d'autres se bloquent l'une l'autre et quand la pression se relâche brusquement, il y a tremblement de terre. Une nouvelle forme de mouvement relatif entre deux plaques pourrait avoir été découverte récemment: deux plaques pourraient d'abord se bloquer mais le déblocage ne serait ensuite que progressif, s'étendant sur des semaines et jusqu'à 1 an, ne générant pas non plus de tremblement de terre. On pense aussi que certains tremblements de terre pourraient avoir lieu à de grandes profondeurs, là où se situe une frontière entre une zone de mouvement rapide et une zone de mouvement lent de la croûte terrestre

Les tremblements de terre qui ont lieu au contact de deux plaques sous-marines produisent de dangereux tsunamis -tels celui de l'Océan Indien en 2004. Ces vagues énormes sont générées par le brusque relâchement de la plaque en place, dont le bord est entraîné vers les profondeurs par la plaque en subduction. Le tremblement de terre résulte de ce que les roches, à cet endroit, cèdent, et le bord de la plaque remonte brutalement, exerçant une poussée colossale sur la masse d'eau qui la surmonte. Les vagues du tsunami y trouvent leur origine puis s'en éloignent en cercles concentriques. Des données récentes montrent que c'est le mouvement -à la fois vertical et horizontal- du fond océnique qui sont les facteurs de la naissance d'un tsunami

Les zones de subduction qui se trouvent en mer sont à de faibles profondeurs sont propices à des ondes sismiques de très basse fréquence et de longue durée (jusqu'à 100 secondes) et sont le foyer de types de tremblement de terre dits "tremblements de terre-tsunamis" (en anglais, "tsunami earthquakes); elles génèrent des tsunamis de forte intensité. Les ondes de haute fréquence qui existent aussi dans ces zones pourraient provenir par de la matière en fusion s'infiltrant dans des fractures des roches, rendant plus facile pour les parties d'une plaque tectonique de glisser l'une par rapport à l'autre et donc d'engendrer des tremblements de terre

Les forces qui sont à l'oeuvre dans la tectonique des plaques ne sont pas encore très bien comprises. Il semble qu'elles impliquent plusieurs facteurs: la gravité de la Terre -qui fait qu'une fois qu'une plaque tectonique est entrée en subduction, la gravité, naturellement, l'attire vers le bas- ou, par exemple, les courants convectifs -que l'on rencontre dans le manteau terrestre- génèrent des mouvements récurrents (du matériau magmatique chaud s'élève au sein de l'asthénosphère, s'y refroidit et, donc, redescend). L'eau participe à la tectonique des plaques: elle provoque de la création de magma sous les volcans, lubrifie les zones de faille profonde et altère fondamentalement la force et le comportement du manteau. Le basalte s'enfonce dans le manteau du fait de sa haute densité et il y est exposé à des pressions et des températures en hausse -lesquelles continuent la transformation minérale. La frontière entre le manteau supérieur et inférieure se fait par de forts gradients -en densité voire en vitesse des ondes sismiques- à des profondeurs de 660km (410 miles) (et le matériau basaltique flotte au-delà de cette profondeur). Les roches porteuses d'eau, dans la zone de transition, sont poussées vers le manteau inférieur où elles relâchent cette eau. Dans certains endroits les plaques tectoniques passe au-dessus d'une colonne du manteau (en anglais "mantle plume" ou "thermal plume") -une montée de magma d'un diamètre de 100-250km (60-160 miles) provenant du manteau. Un exemple typique d'une telle colonne à vie longue est celle qui a donné naissance aux îles Hawaï: la chaîne des îles montre comment une plaque tectonique s'est déplacée au-dessus de la colonne, faisant apparaître les îles une par une. Les colonnes de manteau sont actives en-dessous la lithosphère. La colonne est un canal de roches chaudes qui prend naissance des centaines de kilomètres en-dessous la surface et monte dans l'asténosphère; elle monte à travers le manteau et atteint le bas de la lithosphère; de là, la chaleur est transportée à travers la lithosphère et en altère la composition, ce qui épaissit la croûte terrestre. Ces plumes pourraient même expliquer l'ensemble de la tectonique. Sinon, d'une façon générale, l'intérieur de la Terre a une chaleur égale qui vient de la radioactivité de matériaux dans les couches supérieures ainsi que de la formation de la planète et des météores qui s'y sont alors abattus. Des études récentes montrent qu'il existe, en-dessous la croûte terrestre, dans la lithosphère, de nombreuxes "bulles" de roches, de grandes dimensions, hautement compressées et en fusion et que celles-ci "coulent" -jusqu'à des profondeurs importantes- dans la partie supérieure du manteau. La formation des volcans, elle, commence là où le manteau de la Terre rencontre le coeur extérieur, soit vers 2900 km (1800 miles) de profondeur. Comme le coeur chauffe les roches du bas du manteau, cela en transforme certaines en une bulle flottante, qui remonte jusqu'à la croûte où à quelques kilomètres auparavant, la bulle décompresse et, finalement, apparaˆt à la surface sous la forme d'un volcan

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On pense qu'un processus quelconque doit découpler les plaques tectoniques de l'asténosphère de façon qu'elles puissent glisser sur celles-ci. De nombreuses théories ont été proposées telle celle qu'une couche riche en matériaux fondus lubrifie la frontière entre lithosphère et asthénosphère, permettant le mouvement des plaques. Cependant, le processus n'existe que dans certaines régions du monde et ne peut donc le seul mécanisme qui permet la tectonique des plaques. Là où cette couche fondue n'existe pas, d'autres mécanismes possibles incluent l'addition de matériaux volatils, ainsi de l'eau qui s'ajouterait à la roche ainsi que des différences en termes de composition, température ou de taille des grains des roches. Les données actuelles, cependant, n'ont pas le pouvoir résolvant qui permet de distinguer entre ces hypothèses. La plupart des couches fondues se trouvent logiquement sous les régions volcaniques (telles les îles Hawa&iulm;), les volcans sous-marins actifs ou les zones de subduction

Conclusion

Le mouvement actuel des plaques tectoniques de la Terre fait que l'Océan Pacifique devient plus petit, l'Océan Atlantique plus grand, et l'Himalaya plus élevé. Les plaques se déplacent à la vitesse moyenne de 4 à 7 cm (2 à 3 pouces) par an. La plaque sur laquelle se situe l'Australie est celle dont le déplacement est le plus rapide: 6,7cm par an. En 2016, l'île se trouvait à 1,50m au Nord d'où elle se trouvait en 1994. Dans certains cas, deux plaques tectoniques ne font que coulisser le long l'une de l'autre, l'exemple le plus connu étant la faille de St Andreas qui fait que la Californie se déplace le long du continent nord-américain. Les failles océaniques, si nous pouvions les voir à pied sec, représenteraient les chaînes de montagnes les plus étendues du monde: 60 000 km (40 000 miles) au total, au long de tous les océans. Il y a, sur Terre, sept plaques tectoniques majeures et plus d'une douzaine de plus petites. Et toutes, encore aujourd'hui, continuent de modeler notre planète. Les tremblements de terre de magnitude 8 ont lieu, en moyenne, une fois tous les ans. Certains scientifiques pensent que, comparé à une période 1975-1995, la tectonique terrestre pourrait être plus active depuis le début du XXIème siècle. Ce qui pourrait s'expliquer par un cycle de variation naturelle de la litosphère. Une idée répandue aussi, maintenant, chez les spécialistes des tremblements de terre est que les ondes sismiques peuvent parcourir une grande distance et jouer un rôle -minime certes- dans le déclenchement d'un tremblement de terre loin de là où en a eu lieu un. Ce rôle s'accroît lorsque les ondes atteignent une région où, par exemple, une faille est proche de son point de rupture; elles contribuent encore, alors, à ce que l'on se rapproche du point de rupture. Près de 90% des tremblements de terre, au niveau mondial, ont lieu au long de la "ceinture de feu du Pacifique", ces régions qui entourent tout l'océan Pacifique. La ceinture de feu du Pacifique se caractérise par la présence de nombreux volcans actifs et de tremblements de terre fréquents associés aux nombreuses zones de subduction et de frontière de transformation qui entourent la plaque du Pacifique. 5-6% des tremblements de terre ont lieu dans une zone qui part des régions méditerranéennes et va vers l'Est. A titre d'exemple, la zone de subduction entre la plaque de Nazca et la plaque sud-américaine s'enfonce de 80 mm (3 pouces) par an. Le plus grand tremblement de terre enregistré à l'époque contemporaine a été celui -de magnitude 9,5- qui, en 1960, a frappé le Sud du Chili, tuant 1655 personnes; il avait déclenché un tsunami dans le Pacifique, qui avait fait 61 victimes à Hawaï, au Japon et aux Philippines. En termes de victimes, cependant, il semble bien que ce record ait été dépassé par le tremblement de terre d'Haïti, début 2010, qui a atteint le chiffre remarquable de plus de 250 000 victimes...