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Posté par Michel le Mardi 29/06/2010 à 00:00
Quand la Terre part à la dérive
Et si la Terre basculait... Difficile de l'imaginer. Pourtant, il semble bien que ce soit son sort lorsque que la répartition des masses denses ou moins denses se déplacent dans le manteau terrestre au cours des temps géologiques. Mais comment est-ce possible? Pour tester les hypothèses en cours, une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) du globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au...) (INSU-CNRS, Paris Diderot) a modélisé les mouvements des zones de subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de densité plus faible, en général une plaque océanique sous une plaque...) et remontées de matières chaudes dans le manteau pour reconstituer la "grande dérive du pôle de rotation" observée pour les derniers 120 millions d'années. Cette étude parue récemment dans la revue Earth and Planetary Science Letters apporte ainsi des précisions sur la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) de la planète.


Sur cette figure, on voit notre planète Terre basculer en conservant son axe de rotation figuré en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) fixe
dans un repère céleste. Notons qu'il s'agit bien d'un mouvement entre la planète et son axe de rotation
qu'il ne faut pas confondre avec la variation de l'obliquité (inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport
au plan de l'écliptique) qui implique une réorientation de l'axe de rotation dans un repère lié aux étoiles.

La tectonique des plaques (La tectonique des plaques (d'abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en surface de la convection qui...) est maintenant bien connue, mais ne suffit pas à décrire de façon complète le mouvement des plaques par rapport à l'axe de rotation de la Terre. En effet, à celle ci se superpose un mouvement d'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) des plaques et du manteau terrestre, connu sous le nom de « grande dérive du pôle de rotation ».

Il a été montré que la dérive du pôle de rotation d'une planète peut être produite par des changements dans la distribution des masses dans son manteau ou à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) (1). De telles dérives expliqueraient certaines observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) paléomagnétiques ou variations climatiques. On dispose, en l'occurrence, du trajet de cette dérive pour les 200 derniers millions d'années obtenu en combinant le mouvement des plaques, déterminé par le paléomagnétisme, et le positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et...) de l'ensemble des points chauds. Dans l'étude rapportée ici, les auteurs ont cherché à retrouver les causes de cette dérive du pôle de rotation de la Terre, estimée pour les 120 derniers millions d'années.

Le rôle de la convection du manteau

Dans le manteau terrestre, de larges mouvements de masses sont induits par la convection: ainsi, des plaques présentant une densité supérieure à celle du manteau environnant plongent, peut être jusqu'à la limite noyau-manteau, tandis que du matériel peu dense remonte sur de larges zones du manteau profond. Par ailleurs, ces anomalies déforment les interfaces terrestres et donc déplacent d'autres masses. Par ces déplacements de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la...) la convection a de larges effets sur le pôle de rotation. Ceux-ci ne sont pas prévisibles simplement. En effet, comme la Terre a un comportement visco-élastique, l'effet de surface d'une anomalie de masse dans le manteau dépend largement de sa position par rapport au centre de la Terre. Une même anomalie, selon sa position dans le manteau, fera basculer la planète dans un sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution...) ou un autre pour aller se positionner au pôle ou à l'équateur.

Les auteurs ont cherché à déterminer précisément les origines de la dérive récente du pôle de rotation de la Terre depuis 120 millions d'années, et à calculer son mouvement à l'échelle des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) géologiques. Ils ont pour cela utilisé des modèles simples pour figurer au cours du temps d'une part les plaques en subduction, d'autre part les remontées du manteau.


La modélisation

Les plaques sont modélisées à partir de la position en surface des zones de subduction. On suppose qu'elles plongent verticalement à la vitesse (On distingue :) de déplacement qu'elles ont en surface depuis 200 millions d'années (Ma) (2) jusqu'à ce quelles atteignent le manteau inférieur. Elles s'épaississent alors en se pliant à cause d'un saut de viscosité et leur vitesse diminue.


Par ailleurs, la tomographie sismique fait apparaître, sous l'Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles, l’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20,3 % de la surface des terres émergées. Avec une...) et la Polynésie, dans le manteau profond, deux dômes de matériel thermiquement ou chimiquement moins dense que le manteau environnant. Ces deux régions semblent constituer des réserves à l'alimentation d'essaims de panaches remontant jusqu'à la surface terrestre pour émerger sous forme de volcans. Les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la...) volcaniques laissées en surface par ces panaches depuis 200 Ma se répartissent irrégulièrement dans deux régions grossièrement antipodales à l'aplomb des dômes.

Leur étalement et leur position latérale n'ont pas beaucoup changé depuis 200 Ma. Les auteurs ont évalué la distribution des anomalies de masse associées à ces 2 dômes à partir des images de la tomographie sismique, et localisé les anomalies pouvant être suivies dans la partie la plus profonde du manteau depuis la surface du noyau. Pour tester la validité du modèle ils ont calculé le géoïde actuel, dont la forme dépend directement de ces anomalies profondes, pour retrouver l'axe de rotation de la Terre. Après quelques ajustement, le modèle a permis de retrouver le pôle de rotation actuel, il a alors été utilisé pour calculer la dérive du pôle sur 120 millions d'années.


Le chemin de dérive des pôles ainsi obtenu, présente des caractéristiques épisodiques similaires à celles observées par le paléomagnétisme. Au cours de cette période, l'axe de rotation de la terre s'est déplacé exclusivement dans un plan perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire...) à l'axe des 2 dômes.

Ce modèle apporte plusieurs enseignements ; les plaques en subduction ne sont pas les seules responsables de la dérive du pôle de rotation de la Terre, comme on le pensait, car lorsque le modèle les prend principalement en compte il ne permet pas de retrouver l'axe de rotation actuel de la Terre. Les dômes, qui semblaient les meilleurs candidats pour expliquer cet écart, ne sont en fait pas en mesure de fixer le pôle de rotation. Ils sont néanmoins alignés sur l'axe minimal d'inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement...). Par ce travail, les auteurs ont aussi démontré que les déformations à grandes échelles spatiales du géoïde actuel sont liées aux anomalies de masses engendrées par les plaques subductées dans le manteau profond.

Quoi qu'il en soit, quand des masses se déplacent à l'intérieur du manteau la Terre bascule (Une bascule ou un basculeur est un circuit intégré logique doté d'une sortie et d'une ou plusieurs entrées. La sortie...), fort heureusement à une échelle de temps bien supérieure à ce que nous pouvons percevoir, même si la géodésie peut mesurer le déplacement du pôle de rotation .


Notes:

1) La rotation d'un corps planétaire est, en effet, régie par le théorème de conservation du moment cinétique qui implique que les masses se placent à l'équateur, minimisant ainsi l'énergie nécessaire à la rotation. Un réarrangement de masse (de grande échelle) va donc entraîner la Terre à basculer pour se rééquilibrer par rapport à l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) de sa rotation.

2) En effet, pour reconstituer l'histoire du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de densité dans le manteau au cours des derniers 120 Ma, il faut considérer le matériel subducté durant une période antérieure, couvrant le temps caractéristique nécessaire à une plaque pour atteindre la base du manteau.


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Source: CNRS / INSU
Illustrations: © IPGP (INSU-CNRS/Paris Diderot)