TECTONIQUE DES PLAQUES

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L'origine des reliefs

La caractéristique la plus évidente de la planète Terre est son relief visible qui est marqué par l'existence de deux grands domaines – les continents et les grands bassins océaniques – et par des chaînes de montagnes traversant les continents. C'est naturellement sur ces structures que se sont portées les premières interrogations scientifiques. Jusqu'au xixe siècle, les océans sont considérés comme un vestige d'une couche d'eau primordiale qui recouvrait jadis l’ensemble du globe. L'évaporation progressive de l'eau aurait laissé émerger des points hauts : les continents. En fait, cette idée ne répond pas à deux questions beaucoup plus significatives : d'où vient le grand contraste topographique entre les continents et les océans ? Comment ont été créés ces grands bassins profonds ?

Pour les géologues ainsi que pour les physiciens intéressés par la Terre, le xixe siècle est dominé par trois thèmes : le refroidissement de la planète, la rigidité de sa matière et les mécanismes de la formation des chaînes de montagnes. Il est acquis que la Terre est née à haute température et qu'elle s’est progressivement refroidie avec un intérieur resté chaud, comme le démontrent les volcans et les températures élevées régnant dans les galeries des mines profondes. Le fait que la planète supporte des charges importantes comme des chaînes de montagnes semble démontrer qu'elle est particulièrement rigide. Mais, si c'était le cas, les mouvements internes seraient impossibles et le relief serait hérité d'un temps ancien, en quelque sorte figé depuis des temps immémoriaux. Ce raisonnement n'est pas compatible avec les spectaculaires plissements des couches géologiques que l'on peut observer dans les chaînes de montagnes. Ceux-ci sont les témoins de phases de compression horizontale et indiquent que des déplacements ont eu lieu à la surface de la Terre. Puisque l'on connaît des chaînes de montagnes d'âges différents, on en déduit que de tels mouvements se sont répétés à plusieurs reprises.

Recherches en sciences de la Terre ayant permis l’avènement de la tectonique des plaques

Dessin : Recherches en sciences de la Terre ayant permis l’avènement de la tectonique des plaques

Cette chronologie simplifiée porte sur la période des sciences de la Terre marquée par une approche physique des phénomènes. Chaque ligne correspond à un grand thème de recherche ou un grand programme d'exploration de notre planète. Plus nombreux dans la seconde moitié du XXe siècle,... 

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La pesanteur terrestre est due à la masse du globe. Au xixe siècle, on sait qu’elle est trop forte pour être expliquée par la densité des roches visibles en surface. Il faut donc imaginer des roches différentes et plus denses sous la couche superficielle (appelée croûte) et qui constituent le manteau. L'épaisseur de la croûte continentale (près de 40 kilomètres en moyenne) ne sera connue qu'au début du xxe siècle. Les roches de la croûte océanique et du manteau seront identifiées bien plus tard, dans les années 1950.

Une information importante est apportée par des mesures locales du champ de pesanteur, celles-ci révélant la distribution des masses sous la surface terrestre. Des mesures très précises réalisées au voisinage de la cordillère des Andes et de la chaîne himalayenne aux xviiie et xixe siècles montrent que le poids des montagnes est compensé par un déficit de masse en profondeur. L'explication la plus simple est que les roches de la croûte, dont la densité est plus faible que celle du manteau, s'étendent sur une épaisseur anormalement élevée et se prolongent en une racine à l'intérieur du manteau. La chaîne de montagnes ne repose pas sur la surface du manteau mais s’y enfonce afin d'équilibrer son poids par la poussée d'Archimède qui s'exerce sur sa racine (dite racine crustale), à la manière d'un bateau en flottaison – dont la quille s’enfonce sous la surface de l'eau. C'est ce que l'on appellera le principe d'isostasie, traduisant l’état d’équilibre des roches de la croûte par rapport au manteau. Formulé en 1855 par le physicien anglais George Airy (1801-1892), ce principe permet d'obtenir des informations quantitatives sur la densité et l'épaisseur des couches superficielles de la planète à partir d'une mesure de l'altitude (pour les continents) ou de la profondeur (pour les océans). Il faudra attendre le xxe siècle pour qu’il soit appliqué aux océans.

Principe d’isostasie

Dessin : Principe d’isostasie

Hérité de celui d'Archimède, le principe de l'isostasie détermine la position d'équilibre d'un bloc de croûte reposant sur le manteau. Le relief continental est déterminé par l'épaisseur de la croûte (moins dense que le manteau sous-jacent). On montre d'abord la différence de structure... 

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Le principe d'isostasie entraîne un changement radical de perspective quant au comportement du manteau. On en déduit que celui-ci, qui est solide, se déforme en fait comme un fluide à l'échelle des temps géologiques (permettant ainsi la création de la racine crustale d’une chaîne de montagnes). Il y a donc un contraste de propriétés mécaniques entre la couche de surface, identifiée dans un premier temps à la croûte, et l'intérieur. La réalité est en fait plus complexe et [...]

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Recherches en sciences de la Terre ayant permis l’avènement de la tectonique des plaques

Recherches en sciences de la Terre ayant permis l’avènement de la tectonique des plaques
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Principe d’isostasie

Principe d’isostasie
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Rassemblement des continents de part et d’autre de l’Atlantique à la fin du Paléozoïque (il y a environ 250 millions d’années)

Rassemblement des continents de part et d’autre de l’Atlantique à la fin du Paléozoïque (il y a environ 250 millions d’années)
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Modèle synthétique de la structure et de l’expansion des fonds océaniques proposé par Harry Hess en 1954

Modèle synthétique de la structure et de l’expansion des fonds océaniques proposé par Harry Hess en 1954
Crédits : Harry Hess ; traduction : EUF

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  • : professeur à l'université de Paris et à l'Institut de physique du globe de Paris, membre de l'Académie des sciences

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Pour citer l’article

Claude JAUPART, « TECTONIQUE DES PLAQUES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 20 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/tectonique-des-plaques/