Les plaques tectoniques eurasienne et nord-américaine, Parc national de Thingvellir (Islande). © Nido Huebl
Planète

Quel est le moteur de la tectonique des plaques ?

Question/RéponseClassé sous :Planète , Géologie , convection mantellique
 

La partie externe de la Terre est découpée en différentes unités rigides que l'on appelle plaques lithosphériques. Ces plaques ont la capacité de se déplacer au-dessus de l'asthénosphère. Elles peuvent ainsi se fragmenter, s'écarter ou entrer en collision. C'est le processus bien connu de la tectonique des plaques. Mais le moteur de ce gigantesque ballet est loin d'être simple.

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L'ensemble des plaques lithosphériques bougent à la surface de la Terre, d'un mouvement lent mais continu. Leurs vitesses sont variables : de quelques millimètres par an pour les plus lentes (Antarctique, Eurasie, Afrique) à 10 centimètres par an pour les plus rapides (plaques Pacifique, Nazca, Australie). L'origine de ces mouvements est complexe et nécessite de plonger à l'intérieur de notre Planète. Car si l'on évoque souvent les mouvements de convection au sein du manteau, le moteur de la tectonique des plaques est en réalité un ensemble de processus qui implique la totalité de la dynamique terrestre.

L’importance du découplage entre lithosphère et asthénosphère

Premièrement, il est important de rappeler que les mouvements des plaques lithosphériques ne sont possibles que parce qu'il y a un découplage entre l'enveloppe externe, la lithosphère, et les couches plus profondes. La lithosphère glisse en effet au-dessus de l'asthénosphère, au niveau d'une interface que l'on appelle LVZ (Low Velocity Zone, ou zone à faible vitesse), située vers 100 kilomètres de profondeur et dont les propriétés rhéologiques permettent un mouvement différentiel entre les deux couches. Si la lithosphère et l'asthénosphère étaient couplées, la tectonique des plaques serait tout simplement impossible. Une bonne illustration de ce découplage est l'existence d'archipels d'îles volcaniques associées à un point chaud (Canaries, Hawaï...). L'alignement de ces îles témoigne bien du découplage entre la lithosphère et l'asthénosphère, puisque le magmatisme du point chaud, d'origine profonde, n'influence pas le déplacement de la plaque sus-jacente.

Fonctionnement d’un point chaud et naissance des îles volcaniques. © Los688, Wikimedia Commons, domaine public

D'un autre côté, on sait que le moteur de la tectonique des plaques se situe dans le manteau. Un découplage trop important entre la lithosphère et l'asthénosphère ne permettrait aucune interaction entre ces deux niveaux. Les processus affectant l'asthénosphère n'auraient alors aucune influence sur la lithosphère et là encore, on peut supposer que la tectonique des plaques telle qu'on la connaît n'existerait pas. Il existe donc des zones clés, où les interactions entre les deux niveaux sont importantes et permettent l'entraînement du mouvement des plaques. Ces zones critiques se situent au niveau des dorsales océaniques et des fosses de subduction.

Pas de moteur sans énergie

Mais pour comprendre la tectonique des plaques, il faut d'abord savoir d'où provient l'énergie nécessaire à son fonctionnement. Car pas de moteur sans essence. L'énergie nécessaire aux mouvements des plaques tectoniques provient de la chaleur interne de la Terre, produite par les éléments radioactifs que contiennent les roches. Cette chaleur, produite en continu, est évacuée en partie par la conductivité thermique. Mais cela ne suffit pas. Le surplus de chaleur interne entraîne donc des mouvements de convection au sein du manteau qui se traduisent par un déplacement des roches chaudes vers la surface. Ce mécanisme permet une évacuation efficace de la chaleur. Il engendre également une distribution inégale des températures et donc, des différences de densités. Les contrastes de densités sont particulièrement importants à l'interface entre la lithosphère, où se fait l'essentiel de l'évacuation de la chaleur, et l'asthénosphère. La lithosphère, froide, rigide et dense, repose donc au-dessus d'une couche chaude, ductile et légère, facilement déformable. Ce sont ces contrastes qui génèrent les forces mécaniques responsables du mouvement des plaques.

Poussée et traction

Les dorsales représentent des zones où l'évacuation de la chaleur interne de la Terre est particulièrement importante. La remontée active de l'asthénosphère, très chaude et peut dense, va alors pousser la lithosphère de chaque côté. Ce phénomène d'expansion océanique peut donc se voir comme une force qui écarte les plaques l'une de l'autre. Mais ce mécanisme n'est pas le seul moteur de la tectonique des plaques. Car une seconde force provient de l'instabilité gravitationnelle que génère le refroidissement de la lithosphère océanique. En effet, plus la lithosphère océanique est vieille, plus elle est froide et dense. Lorsqu'elle devient plus dense que l'asthénosphère sous-jacente, elle va commencer à s'enfoncer. Ce phénomène, qui se traduit par l’initiation d’une zone de subduction, produit une force de traction. La lithosphère plongeante va ainsi entraîner avec elle le reste de la plaque lithosphérique.

Les deux moteurs superficiels de la tectonique des plaques : la poussée à l'axe de la dorsale (ridge push) et la traction au niveau des zones de subduction (slab pull). Les cellules de convection liée au flux de chaleur dans le manteau asthénosphérique sont également représentées. © USGS

Deux mécanismes superficiels agissent donc comme moteur de la tectonique des plaques : poussée au niveau des dorsales et traction au niveau des fosses de subduction. Ils sont entraînés par le moteur profond que représente la convection mantellique, alimentée par la production de chaleur issue de la désintégration des éléments radioactifs au sein de la Terre.

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