Souvent considérée comme un élément essentiel pour le développement et l’évolution de la vie terrestre, la tectonique des plaques reste encore mystérieuse sur de nombreux points. Comment ce grand mécanisme qui anime la surface du globe s’est-il initié il y a plus de 4 milliards d’années ? Une nouvelle étude apporte cependant une nouvelle hypothèse : la collision géante avec Théia, qui a donné naissance à la Lune, pourrait en être la cause.
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Parmi les nombreuses spécificités terrestres, qui ont fait de notre Planète un endroit particulièrement propice au développement de la vie, il y a la tectonique des plaques. Pour beaucoup de chercheurs, ce mécanisme a en effet joué un rôle essentiel pour l’établissement de conditions d’habitabilité optimales et stables dans le temps, ayant permis l'émergence de formes de vie intelligentes.
L'établissement de grands cycles géochimiques, comme celui du carbonecarbone, est en effet intimement lié à la mise en route d'une tectonique des plaques. Apports en nutrimentsnutriments, circulation océanique, climat, diversité des environnements de vie... tous ces aspects dépendent du fait que la surface terrestre est en constante évolution et n'est pas figée comme l'est celle des autres planètes rocheusesplanètes rocheuses du Système solaireSystème solaire.
La tectonique des plaques serait l'un des éléments majeurs ayant favorisé le développement de la vie terrestre. © Christoph Burgstedt, Adobe Stock
L’origine de la tectonique des plaques encore mal comprise
Ces mouvementsmouvements qui animent la croûte terrestre, via notamment la production de croûte océanique au niveau des dorsales et son recyclage au niveau des zones de subduction, existent depuis près de 4,3 milliards d’années. Autrement dit, ce formidable mécanisme se serait mis en route très tôt dans l'histoire de la Terre, à peine 250 millions d'années après la formation de la planète.
Les causes de l'initiation des premières subductions restent cependant encore très mal comprises. Pourquoi, et suivant quels processus, la croûte primitive de la Terre s'est-elle déchirée pour laisser certaines portions plonger dans le manteaumanteau ? De nombreuses théories ont déjà été proposées, sans qu'il y ait pour l'instant un réel consensus autour de l'une d'elles. Certaines impliquent l’intervention d’un impact géant, d'autres la formation d'une importante instabilité thermique (panache mantelliquepanache mantellique), ces événements entraînant la formation d'une zone de faiblesse dans la croûte et, de là, l'initiation d'une première zone de subductionzone de subduction.
Une nouvelle étude, publiée dans la revue Geophysical Research Letters, propose un autre scénario qui, dans un certain sens, permettrait de réconcilier ces deux hypothèses. Et si la formation de la LuneLune avait été l'événement déterminant ?
Collision avec Théia et premières subductions, un lien de cause à effet ?
La Lune est en effet née d’un impact colossal, survenu il y a 4,5 milliards d'années environ, entre la jeune Terre et un planétoïde de la taille de Mars, nommé ThéiaThéia. Cette collision, en plus d'éjecter en orbiteorbite une massemasse considérable de matériel, aurait entraîné la fusionfusion totale de la partie supérieure du manteau. La moitié inférieure serait cependant restée principalement sous l'état solideétat solide, tout en intégrant des fragments importants de Théia. De récentes études montrent d'ailleurs que des restes de cet impacteur demeurent encore aujourd’hui à l’interface noyau-manteau, et seraient à l'origine des grandes anomaliesanomalies de vitessesvitesses que l'on observe à cette profondeur (connues sous le nom de LLSVP pour large low-shear velocity provinces)). L'accumulation d'éléments du noyau de Théia à ces profondeurs aurait ainsi provoqué une augmentation importante de la température au niveau de l'interface noyau-manteau.
La collision entre la Terre et Théia aurait produit les conditions thermochimiques nécessaires dans le manteau pour l'initiation de puissants panaches mantelliques capables de rompre la proto-lithosphère et de là, d'initier les premières zones de subduction. © Yuan et al. 2024, Geophysical Research Letters
L'apport de chaleur en plus qui était nécessaire à l'initiation de la tectonique des plaques ?
C'est l'ensemble de ce schéma thermochimique très particulier, intimement lié à cette collision, qui aurait peut-être permis d'initier les premières zones de subduction. Entre 50 et 100 millions d'années après l'impact, l'océan de magmamagma formé par la fusion du manteau supérieur se solidifie et donne naissance à une proto-lithosphère. Cette nouvelle surface solide, certainement très rapidement submergée par les premiers océans, n'est alors animée d'aucun mouvement.
L'instabilité thermique qui règne dans les profondeurs de la Terre suite à la collision va cependant rapidement faire évoluer les choses. Les modèles numériquesmodèles numériques réalisés par les chercheurs suggèrent en effet que 200 millions d'années après l'impact, de puissants panaches mantelliques se sont formés à la base du manteau surchauffé. En remontant, ces panaches auraient affaibli la proto-lithosphèrelithosphère, entraînant sa rupture et la formation de premières limites de plaques au niveau desquelles des subductions se seraient initiées.
D'après ces résultats, la collision à l'origine de la Lune aurait donc apporté le surplus de chaleurchaleur nécessaire permettant de mettre en route le grand mécanisme de la tectonique des plaques.
