Tectonique des plaques (I) : origine de la théorie

Suivez ce cours de soutien scolaire SVT niveau lycée première terminale sur la tectonique des plaques proposé par Philippe, prof de SVT en ligne. Dans cette première partie, la naissance puis l’acceptation de ce modèle explicatif.

L’Homme a toujours voulu comprendre les phénomènes qui l’entourent de façon rationnelle sans faire systématiquement appel aux explications relevant des seules croyances. Ainsi les phénomènes naturels comme les épisodes volcaniques, les séismes, l’apparition des chaînes de montagne ont donné lieu à de multiples explications qui ont été enrichies d’arguments de plus en plus rigoureux jusqu’à mener à la théorie de la tectonique des plaques aujourd’hui communément reconnue et que l’on doit à un précurseur allemand : Alfred WEGENER, même si d’autres avant lui ont commencé à évoquer ces mouvements horizontaux.

Les conceptions avant Wegener.

Les civilisations antiques.

Les Anciens ont une conception dite fixiste de la surface de la Terre . Ils estiment qu’océans et continents ont toujours occupé une position fixe durant toute l’histoire de la planète. Avec Aristote, on pense que la Terre a été créée par une série de grandes catastrophes, en un temps très court, et qu’elle a ainsi acquis sa physionomie actuelle. Cette conception de l’origine de la terre par une série de grandes catastrophes est qualifiée de catastrophisme et domine jusqu’au XIXe siècle et jusqu’à nos jours (en association avec le créationnisme qui implique des décisions divines !)

Les essais d’explications plus rationnelles

Le XVII^è siècle.

A cette époque, sont établies des cartes géographiques de l’Atlantique suffisamment précises pour que des esprits curieux et éveillés remarquent notamment un certain parallélisme dans le tracé des côtes de part et d’autre de l’Atlantique et en cherchent une explication. C’est le cas du français François Placet (1668) qui, dans son ouvrage « La corruption du grand et du petit monde, où il est montré qu’avant le déluge, l’Amérique n’était point séparée des autres parties du monde », il propose, qu’avant le déluge, il n’y avait qu’un seul bloc continental qui s’est effondré en son centre où est né l’Atlantique séparant les deux blocs ainsi formé.

Le XVIII^è siècle.

C’est au XVIIIè siècle que les géologues J. Hutton et Ch. Lyell montrent que les processus géologiques sont beaucoup plus lents que ne le propose le catastrophisme et qu’ils se font de façon beaucoup plus uniforme (théorie de l’uniformitarisme) par des forces toujours existantes. Ils proposent alors que l’échelle des temps géologiques soit changée car, selon eux, la Terre est bien plus vieille que quelques millions d’années.

Le XIX^è siècle.

Si, dans la première moitié de ce siècle, le catastrophisme garde toujours ses droits, en 1858, Antonio Snider-Pelligrini commence à parler de séparation et de dérive dans son livre intitulé « La création et ses mystères dévoilés ». Selon lui, les continents se sont formés avant le déluge, en un seul bloc, du même côté de la terre, à partir d’une masse de roches en fusion. Le déluge a mis fin à l’état d’instabilité de ce bloc en le refroidissant. Une gigantesque rupture s’est alors produite, entraînant la séparation des Amériques et du Vieux-Monde.

En 1879, le second fils de Charles Darwin, prénommé Georges, évoque lui aussi la mobilité des continents. Il expose, qu’à une époque très ancienne, la lune a été arrachée à la Terre, y laissant la gigantesque cicatrice du Pacifique. Ce grand vide a alors entraîné une fragmentation de la croûte granitique refroidie et un glissement latéral des masses continentales. Cette explication est encore largement imprégnée de catastrophisme.

Eduard Suess, dans son ouvrage « La Face de la Terre » publié entre 1883 et 1909, fait entrer les sciences de la Terre dans une ère nouvelle en développant une vision globale de la tectonique de surface. L’étude des chaînes de montagnes permet à Suess d’affirmer l’existence de mouvements verticaux mais aussi de mouvements horizontaux importants. Dès 1875, il reconnaît que la chaîne alpine est déversé sur un « avant-pays » et il postule qu’elle a pour cause une poussée venue du Sud ou du Sud-Est et qu’elle résulte de déplacements tangentiels importants. Le moteur des mouvements superficiels reste la contraction thermique mais n’empêche pas des mouvements latéraux importants.

Le refroidissement de la Terre aurait entraîné une diminution de son volume, donc de sa surface. Celle-ci aurait donc été mise sous compression, ce qui aurait été à l’origine des chaînes de montagnes et des vastes dépressions que constituent les océans.

La conception de E. Suess

Le XX^è siècle.

Frank Taylor fut le premier, en 1910, à formuler l’hypothèse que l’Atlantique a été formé par la séparation de deux masses continentales qui ont dérivé lentement l’une par rapport à l’autre. Taylor fondait, une fois de plus, son hypothèse sur la similitude du tracé des côtes de part et d’autre de l’Atlantique, mais aussi sur le fait qu’on retrouve des chaînes de montagnes sur les marges continentales opposées aux marges atlantiques, comme par exemples les Rocheuses en Amérique du Nord et les Andes en Amérique du Sud. Ces chaînes se seraient formées par un effet « bulldozer » induit par la dérive des continents. Mais la démonstration de Taylor est apparue trop compliquée et n’a pas réussi à convaincre ses contemporains dont l’esprit n’était pas prêt à accepter une telle révolution conceptuelle.

Deux ans plus tard, en 1912, Alfred Wegener énonce, a priori sans connaître les travaux de Taylor, l’hypothèse de la dérive des continents.

Wegener et la patiente construction de la théorie de la tectonique des plaques.

Les arguments de Wegener, comme ceux de ses successeurs, reposent uniquement sur l’observation des continents. Les fonds océaniques, qui forment les deux tiers de la surface terrestre et dont la connaissance est cruciale pour appréhender la Terre dans son ensemble, restent largement inexplorés.

L’origine de son idée de translation des continents.

Dans la préface de son ouvrage, « La genèse des continents et des océans »,Wegener insiste sur la nécessité de développer une vision globale de la planète, incluant l’ensemble des sciences de la Terre. Cette approche généraliste rappelant celle de Suess, va l’amener à puiser des arguments dans de multiples disciplines. Cette approche est remarquable pour son époque et constitue un des aspects les plus novateurs de sa démarche.

Son idée de départ reste la concordance morphologique et géologique des côtes de l’Atlantique, déjà évoquée par le passé.

Il complète ce premier argument par des arguments paléontologiques déjà compilés par ses prédécesseurs.

Wegener utilise enfin des données concernant des traces d’anciens glaciers.

Cet ensemble d’observations serait resté lettre morte si Wegener n’avait pris conscience de l’incohérence des théories géologiques de son époque dont celle de Suess. Des études américaines contemporaines de Wegener ont mis en évidence que les continents peuvent être considérés comme des blocs légers constitués de silicium et d’aluminium (le SIAL) posés en équilibre sur une couche plus dense riche en silicium et en magnésium (le SIMA) formant la base des océans. Le centre de la Terre est constitué de Nickel et de Fer (le NIFE).

La conception de la structure de la Terre par Wegener

C’est à ce stade que Wegener fait intervenir ses « translations continentales » qui vont réconcilier les observations morphologiques et géologiques avec les exigences de l’équilibre entre SIAL et SIMA. Ainsi, les continents, autrefois réunis en une seule masse continentale nommée Pangée, se sont dispersés pour atteindre leur position actuelle en fendant le sima qui les entoure. Il lie l’orogenèse (= formation des chaînes de montagnes) au déplacement des continents, ce qui lui permet de donner une explication unifiée du relief terrestre. Il affirme déjà que les chaînes de montagnes intracontinentales (chaîne alpine ou himalayenne) naissent de la collision entre deux socles continentaux et il pense que la dérive des continents à travers le sima forme par compression des chaînes de montagne à leur avant (les Rocheuses ou la Cordillère des Andes) et laisse derrière eux des fragments à l’origine des guirlandes d’îles (Antilles, archipels japonais, Ouest-Pacifique…).

Les arguments complémentaires avancés par Wegener.

La répartition des altitudes.

La statistique des altitudes de la croûte terrestre met en lumière, depuis la fin du XIXe siècle, que deux niveaux sont nettement privilégiés, tandis que les autres sont beaucoup plus rares. Le premier, situé à 100 m au-dessus du niveau de la mer, correspond aux plaines et plateaux qui forment la majorité de la surface des continents ; le second, situé à 4700 m sous le niveau de la mer, correspond aux fonds abyssaux. Wegener remarque que cette constatation ne peut être expliquée par la théorie de la contraction de la Terre de Suess, liée à son refroidissement. Si, comme l’expliquent habituellement les géologues, les hauteurs sont dues à des soulèvements et les profondeurs à des affaissements, à partir d’un niveau initial commun, il serait alors naturel d’admettre que les fréquences soient d’autant plus petites que l’on s’éloigne du niveau initial.

La loi des fréquences devrait être celle d’une courbe de Gauss avec un seul maximum (en pointillés).

Le double niveau réellement observé prouve qu’il existe donc deux niveaux initiaux, l’un océanique et l’autre continental, chacun formé de matériaux différents. Ce qui est aussi en cohérence avec l’équilibre du SIAL et du SIMA.

L’ampleur des déformations tectoniques.

La découverte, dans les Alpes, des nappes de charriage ou de recouvrement que Heim étudie précisément montre que les Alpes ont dû subir une contraction de l’ordre de leur moitié, ce qui témoigne de l’insuffisance de l’explication de la formation des montagnes par contraction. Des études concernant d’autres chaînes de montagne conduisent à montrer l’existence de transports en masse de plis sur des distances beaucoup plus grandes que celles envisagées par les théories anciennes.

Conclusion.

Malgré les arguments regroupés, manquant d’un mécanisme explicatif satisfaisant, et parce que cela ébranle de nombreuses idées établies, Wegener ne réussit pas à faire reconnaître sont point de vue. Ses arguments, comme ceux de ses successeurs, reposent uniquement sur l’observation des continents. Les fonds océaniques, qui représentent les deux tiers de la surface terrestre et dont la connaissance est cruciale pour appréhender la Terre dans son ensemble, restent en ce temps là largement inexplorés. La situation évolue au lendemain de la Seconde Guerre mondiale grâce au développement de l’océanographie et des techniques de reconnaissance sous-marine (écho-sondeur, écoute sismique, détection magnétique) qui permettent la découverte progressive des fonds marins.