Le rift africain qui se prolonge ici dans la dépression de l'Afar est l'amorce probable d'un futur océan. © Julie Rowland, University of Auckland.

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La tectonique des plaques existerait depuis au moins 2,1 milliards d'années

ActualitéClassé sous :tectonique des plaques , schiste à glaucophane , schiste bleu

Des roches appelées éclogites trouvées en Afrique témoignent de l'existence d'une tectonique des plaques il y a 2,1 milliards d'années, semblable à celle que l'on connaît, depuis quelques centaines de millions d'années. Le fameux cycle de Wilson d'ouverture et de fermeture d'océans avec la fragmentation et la formation d'un supercontinent devait déjà exister.

La théorie de la tectonique des plaques, la forme moderne qu'a prise la théorie de la dérive des continents d’Alfred Wegener à la fin des années 1960 et qui allait définitivement être admise par la communauté scientifique au cours de la décennie suivante, n'a pas encore livré tous ses secrets. On sait qu'elle opère depuis au moins 400 millions d'années et qu'elle semble respecter des cycles de fermeture et d'ouverture d'océans avec des plaques continentales qui entrent en collision ou se déchirent, quand il ne s'agit pas aussi de plaques océaniques, selon le fameux cycle de Wilson.

Mais si l'on veut plonger dans un passé de la Terre plus ancien, les conclusions quant à la dérive des continents et à l'expansion des océans sont plus problématiques. Il y a d'abord le fait que l'on sait que le contenu en chaleur de la Terre et sa température interne évoluent irréversiblement depuis sa naissance il y a plus de 4,5 milliards d'années. Les processus convectifs dans le manteau de la Terre, il y a plusieurs milliards d'années, ne devaient donc pas être les mêmes. On est amené à penser qu'il existait alors un plus grand nombre de plaques, de plus petites tailles et animées de mouvements plus rapides. Les laves crachées par les volcans devaient être plus chaudes et de fait nous savons que depuis environ 2,5 milliards d'années, les laves appelées komatiites ne s'épanchent quasiment plus à la surface de la Terre.

Un échantillon d’éclogite. Les grenats rouges sont bien visibles. © DP, Wikipédia

Pour le dire autrement, nous ne savons pas avec certitude quand la tectonique des plaques est apparue sur Terre ni quand sa forme moderne s'est mise en place. Chercher à répondre à ces questions dans le cas de la Terre nous permettrait aussi de comprendre pourquoi des planètes comme Vénus, Mars ou Mercure n'ont pas de tectonique des plaques actuellement. Il est même possible qu'elles n'en aient jamais connue. Une planétologie comparée nous permettrait non seulement de mieux comprendre notre planète bleue mais aussi d'évaluer les chances d'en trouver de similaires dans le monde des exoplanètes. Une question d'importance, tant il est vrai que la tectonique des plaques a affecté la vie sur Terre et a permis son évolution en stabilisant le climat sur le long terme au niveau du cycle du carbone.

Des processus magmatiques et métamorphiques avec un cycle de Wilson

Les archives terrestres contiennent des indications sur ce qui s'est passé il y a des centaines de millions d'années et même des milliards d'années. On peut en particulier décrypter ces archives en se basant sur notre connaissance des processus magmatiques à l'origine des roches plutoniques et sur les processus métamorphiques qui peuvent les transformer, ainsi que les laves et les roches sédimentaires. Les conditions de pression et de température qui les accompagnent sont, en effet, différentes lorsque des continents entrent en collision ou que des plaques océaniques plongent par subduction sous d'autres plaques. Comme le disent les géologues, il y a donc un contexte géodynamique qui explique l'occurrence de processus magmatiques et métamorphiques. Certains participent à la production de ce contexte géodynamique et vont laisser des traces qui les traduisent, quand on sait les lire.

Dans les Alpes, il est possible de trouver des échantillons d’éclogites qui sont des roches métamorphiques. Elles se sont formées en profondeur à partir de basaltes ou de gabbros. Les hautes pressions et basses températures ont changé leur composition minéralogique. © Lambert Claire

Ces considérations permettent de comprendre l'intérêt d'une étude associant des laboratoires belges et français (Early Life Traces & Evolution-Astrobiology Lab ULiège ; laboratoire G-Time, ULB ; laboratoire Magmas et Volcans, CNRS UMR 6524, IRD, Université Clermont Auvergne ; département des Sciences de la Terre, musée Royal d'Afrique Centrale, Tervuren) qui a donné lieu à une publication dans le journal Scientific Reports. Les chercheurs y annoncent qu'ils ont une preuve que la tectonique des plaques moderne existait déjà il y a 2,1 milliards d'années environ.

Tout est parti de l'étude de roches métamorphiques bien précises que l'on appelle des éclogites et qui, dans le cas présent, ont été découvertes en République démocratique du Congo. Elles sont les plus anciennes éclogites connues, formées dans des conditions dites de haute pression-basse température (HP-BT, en l'occurrence 17-23 kbar/500-550 °C).

Selon les géologues, ces éclogites dérivent de gabbros qui se sont mis en place en profondeur à l'occasion d'un processus de rifting, ayant déchiré un continent pour faire naître un océan. Ils ont ensuite été enfouis par la subduction lors de la fermeture de cet océan avant d'être ramenés en surface par des mouvements tectoniques.

Ce serait, selon eux, le témoignage d'un cycle de Wilson très similaire à ceux que l'on a mis en évidence plus tard dans l'histoire de la Terre.

  • On a des raisons de penser que la tectonique des plaques était différente il y a plusieurs milliards d'années, mais on ne sait pas très bien à partir de quand elle a pris son aspect moderne avec des cycles de Wilson pour la formation et la fragmentation d'un supercontinent.
  • Des éclogites trouvées en Afrique, provenant par métamorphisme de gabbros, gardent la mémoire d'un tel cycle moderne avec dérive des continents il y a 2,1 milliards d'années.
  • La tectonique des plaques est donc au moins aussi ancienne, mais l'on ignore toujours quand elle a vraiment débuté.
Pour en savoir plus

La tectonique des plaques existerait depuis bien plus de 800 millions d'années

Article de Laurent Sacco publié le  18/12/2015

De quand date le début de la tectonique des plaques ? Certains géodynamiciens lui donnaient 800 millions d'années mais la réponse à cette question reste controversée. Une nouvelle analyse des conditions de formation de certaines roches métamorphiques, les schistes bleus, laisse maintenant penser que cette tectonique pourrait dater d'un milliard d'années, voire plus.

Dans les années 1960, l'adoption de la théorie de la dérive des continents, et finalement de la théorie de la tectonique des plaques qui en est sa forme moderne, a constitué un changement de paradigme important pour la communauté des géosciences. Ce ne fut pas sans de multiples résistances, jusqu'au début des années 1970. Le volcanologue Haroun Tazieff et ses collègues explorant la fameuse dépression de l'Afar, en Afrique de l'Est, y découvrirent un rift océanique exondé et contribuèrent à cette révolution des sciences de la Terre. En effet, dans cette région du globe, il est possible de voir et mesurer l'expansion des océans et la fabrication d'une nouvelle croûte océanique. Cependant, la surface de la Terre étant finie, il faut nécessairement que de la croûte océanique disparaisse quelque part.

La clé de l'énigme est facile à trouver : il se produit des phénomènes dit de subduction, c'est-à-dire le plongement d'une plaque océanique sous une autre, par exemple continentale. Or cette subduction s'accompagne de processus de transformation des roches qui font partie de ce que l'on appelle le métamorphisme. En l'occurrence, du basalte de plaque océanique qui plonge dans le manteau va subir des augmentations de pression et de température. Lorsque ces dernières sont respectivement hautes et basse, le basalte voit sa composition minéralogique changer ; il se forme alors des schistes bleus. Il s'agit de roches métamorphiques caractérisées par la présence de glaucophane (couleur bleue) et de micas blancs.

La Corne de l'Afrique est une des zones géologiquement les plus actives du globe. Ici la Terre a entrepris de grands travaux : elle ouvre un nouvel océan au milieu d'un continent. Au coeur de cet océan à naître, un volcan actif : l'Erta'Ale, un des très rares volcans du monde à posséder en son cratère un lac de lave en fusion permanente. Une équipe scientifique, composée de tectoniciens et de volcanologues vont arpenter le fond de ce futur océan en direction du volcan. Tout au long de leur route, leurs observations et leurs documents permettront de reconstituer les 30 derniers millions d'années de l'histoire de cette partie de la terre. Ces observations de terrain pourront également aider à dessiner le futur. © La cinquième , Compagnie des Taxi-Brousse , Images et Volcans

Des schistes utilisés comme marqueur de la subduction

Les mouvements tectoniques font que certaines de ces roches caractéristiques d'une subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale peuvent se retrouver à la surface de la Terre. Il est ainsi possible de trouver de très beaux affleurements de ces roches, par exemple sur l'île de Groix, en Bretagne. Ces affleurements nous permettent de collecter des échantillons qui peuvent être datés. Surprise : on ne trouve pas de schistes bleus dont l'âge est supérieur à 800 millions d'années environ. Des géodynamiciens en avaient conclu que c'était là l'âge du démarrage de la tectonique des plaques.

Malheureusement, cela n'est pas sans poser problème car d'autres indications laissent entendre que la tectonique des plaques existe sur Terre depuis des milliards d'années (pendant l'Archéen et peut-être même l'Hadéen). Cette tectonique devait être différente d'aujourd'hui, avec un plus grand nombre de plaques se déplaçant plus rapidement car le manteau de notre planète était plus chaud et plus convectif.

En étudiant des schistes bleus, des géodynamiciens en avaient conclu que l'âge du démarrage de la tectonique des plaques était de 800 millions d'années. Aujourd'hui, un verrou vient de sauter : le phénomène aurait pu exister avant. Sur la photo, les roches du Lavoir, sur l'île de Groix, en Bretagne. © Christian Nicollet

Heureusement, un article récemment publié dans Nature Geoscience par des chercheurs de l'université Johannes Gutenberg de Mayence, en Allemagne, a semble-t-il levé la contradiction grâce à un modèle géochimique. Un manteau plus chaud signifie aussi que la composition de la croûte océanique était différente il y a plus d'un milliard d'années : elle était plus riche en oxyde de magnésium. D'après ce modèle, la subduction d'une telle croûte ne produit pas de schistes bleus mais bien de schistes verts, que l'on associe aujourd'hui à du métamorphisme se produisant dans des conditions de basses pression et température.

Le manque de schistes bleus dans les roches anciennes n'est pas incompatible avec une subduction. Un verrou a donc sauté qui nous empêchait d'admettre que la tectonique des plaques était déjà active il y a 3,8 à 4 milliards d'années.

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