Qu'est-ce qui fait bouger la surface de la Terre ?
Publié par Adrien le 31/10/2019 à 08:00
Source: CNRS
Les plaques tectoniques bougent-elles à cause des mouvements dans le manteau terrestre ou le manteau est-il entraîné par le déplacement des plaques ? Et si la question était mal posée ? C'est le point de vue qu'ont adopté des scientifiques de l'École normale supérieure - PSL, du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) de Rome 3 en considérant les plaques et le manteau comme un même système. D'après leurs simulations, publiées dans Science Advances le 30 octobre 2019, c'est majoritairement la 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...) qui impose son style au manteau, même si le rapport de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force...) évolue au rythme des supercontinents.


Images de la solution numérique au moment où un supercontinent (à gauche, en gris-violet) commence à se disloquer.
Sur l'image de gauche, la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique,...) fictive modélisée ressemble beaucoup à la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...): sa surface et son manteau se mettent en mouvement spontanément, à des vitesses proches de celles observées sur Terre. Le découpage des "plaques" (quelques-unes de grande taille et beaucoup de petites) est également similaire, ainsi que la topographie: les tons rouges représentent les zones peu profondes des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a...) (les dorsales) et le bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à...) indique les fonds marins profonds. Les parties bleues les plus sombres correspondent aux fosses 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...) (où une plaque plonge dans le manteau). Les continents sont en blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en donne...) translucide (et apparaissent donc en gris-violet).
L'image de droite montre des courants chauds (ou panaches) provenant du fond du manteau.
© Nicolas Coltice.

Quelles forces font bouger les plaques tectoniques ? Cette question reste ouverte depuis l'avènement de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée...) de 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...), il y a 50 ans. Les extrémités froides des plaques qui coulent lentement dans le manteau terrestre au niveau des zones de subduction sont-elles à l'origine des mouvements observés à la surface de la Terre ? Ou bien le manteau agité de courants de convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des pâtes, l'eau se met en mouvement...) entraîne-t-il les plaques ? Ce problème est devenu pour les géologues l'équivalent de l'histoire de la poule (Poule est un nom vernaculaire ambigu en français. Une « poule » est une femelle de plusieurs espèces de galliformes, en particulier la poule domestique. Chez les autres espèces, on précise...) et de l'oeuf: le manteau ferait bouger les plaques qui elles-mêmes entraîneraient le manteau...

Pour révéler les forces à l'oeuvre, des scientifiques du Laboratoire de géologie (La géologie, du grec ancien γη- (gê-, « terre ») et λογος (logos, « parole »,...) de l'École normale supérieure (CNRS/ENS - PSL), 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 Institute for...) des sciences de la Terre (CNRS/universités Grenoble Alpes et Savoie Mont Blanc/IRD/Ifsttar) et de l'Université de Rome 3 ont traité la Terre solide comme un seul et unique système indivisible et réalisé la modélisation la plus complète à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale)...) de l'évolution d'une planète fictive très semblable à la Terre. Il leur a fallu s'armer de patience pour trouver les paramètres adaptés puis résoudre un système d'équations pendant 9 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) sur un supercalculateur, reproduisant 1,5 milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) d'années d'évolution de la planète.

Grâce à ce modèle, l'équipe a montré que les deux tiers de la surface de la Terre se déplacent plus vite que le manteau sous-jacent, autrement dit que la surface tire l'intérieur, et que les rôles sont inversés sur le tiers restant. Ce rapport de force évolue au cours de l'histoire géologique, en particulier pour les continents. Ceux-ci sont principalement poussés par les mouvements profonds du manteau lors des phases de construction d'un supercontinent, à l'image de la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) actuelle entre l'Inde et l'Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la Terre. Il est le plus grand continent (8,6 % de la surface totale terrestre ou...): dans ces cas-là, les mouvements observés en surface peuvent donc nous renseigner sur la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) du manteau profond. Au contraire, lorsqu'un supercontinent se disloque, le mouvement est plutôt dicté par celui des plaques qui plongent dans le manteau.

Ce calcul représente une mine d'informations encore largement inexploitée. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) obtenues pourraient aider à comprendre comment les dorsales naissent et disparaissent, comment s'initie une subduction, ou encore ce qui détermine la localisation des panaches à l'origine des grands épanchements volcaniques.

Des vidéos sont disponibles (1 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...) correspond à 1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un...) d'années) © Nicolas Coltice Formation d'un supercontinent: Dislocation (En science des matériaux, une dislocation est un défaut linéaire correspondant à une discontinuité dans l'organisation de la...) d'un supercontinent

Bibliographie;
What drives tectonic plates ? Nicolas Coltice, Laurent Husson, Claudio Faccenna, Maëlis Arnould,Science Advances,30 octobre 2019. DOI: 10.1126/sciadv.aax4295
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