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L'étonnante complexité des mouvements des plaques tectoniques

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Des membres de EarthByte, un célèbre groupe australien de spécialistes en géosciences, viennent de publier un bilan de leurs analyses, réalisées sur ordinateur, des mouvements des plaques tectoniques depuis 200 millions d'années. Le plus précis à ce jour, il révèle que ces mouvements peuvent se modifier rapidement, à l'échelle du million d'années avec des vitesses de dérive pouvant atteindre temporairement 20 cm par an.

Sur cette image, le célèbre lac de lave permanent de l'Erta Ale. Sur sa surface, on peut voir l'équivalent de la tectonique des plaques en accéléré. © Richard Roscoe-photovolcanica.com

La dérive des continents a été étudiée à l'aide de l'ordinateur avant même qu'elle ne devienne la théorie de la tectonique des plaques. En effet, dès 1965, le très grand géophysicien britannique Edward Bullard avait déjà testé la concordance des continents au niveau non pas des rivages mais des frontières des plateaux continentaux au moyen de la seconde génération de l'Electronic Delay Storage Automatic Calculator (l'Edsac), un des tout premiers authentiques ordinateurs électroniques. La première génération était entrée en service en 1949 à l'université de Cambridge.

En 1968, alors que la théorie de la tectonique des plaques venait tout juste de naître dans les travaux de Jason Morgan, Dan Mc Kenzie et Robert Parker, le grand géophysicien français Xavier Le Pichon l'a testée sur ordinateur. Par calcul, il a reproduit les mouvements de 6 grandes plaques divisant la surface du globe dont il détermine les frontières à partir de l'activité tectonique. Il lui a fallu pour cela calculer les pôles de rotation eulériens de leurs mouvements relatifs depuis 120 millions d'années. Il a montré ainsi que la quantité de croûte fabriquée au niveau des dorsales océaniques est bien égale à celle qui est absorbée dans les entrailles de la Terre par subduction. Si ce n'avait pas été le cas, la théorie des plaques aurait été réfutée.

Christopher Scotese est un géologue à l'origine du projet Paleomap dont l'objectif est de reconstituer l'histoire des mouvements de la tectonique des plaques pour les bassins océaniques et les continents, ainsi que la distribution changeante des terres et des mers au cours des 1.100 derniers millions d'années. Cette vidéo illustre les résultats obtenus. On voit par exemple qu'une mer peu profonde (shallow sea) s'étendait derrière la Cordillère des Andes il y a 70 millions d'années. © Christopher Scotese, YouTube

La paléogéographie sur ordinateur

Depuis lors, les travaux de paléogéographie et de reconstitution du ballet des mouvements des continents sur des centaines de millions d'années se sont poursuivis et des ordinateurs ont à nouveau été mobilisés dans ce but. Ces dernières années, le groupe EarthByte, initié par des géologues et des géophysiciens australiens, s'est distingué dans cette entreprise en devenant l'un des leaders mondiaux du domaine.

Il s'est notamment rendu célèbre grâce au développement du logiciel en open-source GPlates et de son portail Web permettant la reconstruction des mouvements de plaques et l'étude de l'évolution dans le temps de données géologiques associées. EarthByte vient de faire parler de lui à nouveau en publiant un article important dans Earth and Planetary Science Letters.

Il y a quelques années, des membres du groupe EarthByte ont utilisé GPlates pour modéliser les 200 derniers millions d'années de l'histoire de la dérive des continents, plus précisément celle de la dérive de l'Inde. On peut voir un extrait du résultat dans cette vidéo. © Sabin Zahirovic, YouTube

En mobilisant à nouveau les ressources des ordinateurs d'Alan Turing et John Von Neumann, les chercheurs ont reconstitué avec une résolution temporelle jamais atteinte les mouvements des plaques tectoniques. De nos jours, on a identifié sept plaques principales, autant de plaques secondaires et plusieurs microplaques (dont l'existence et les caractéristiques sont aujourd'hui débattues dans la communauté des géologues). Leurs mouvements ont été calculés avec des intervalles de temps d'un million d'années.

L'Inde s'est déplacée à la vitesse de 20 cm par an

Les résultats ont été un peu surprenants. Les faibles résolutions temporelles précédentes avaient lissé des mouvements complexes avec de brusques accélérations. Comme l'explique l'un des auteurs de la découverte, le géodynamicien Sabin Zahirovic de l'université de Sydney : « Il s'avère que les plaques peuvent changer leurs mouvements (vitesse et direction) sur des périodes géologiques courtes, en environ 1 million d'années. Ce qui signifie que si vous n'avez que des aperçus de ces mouvements tous les 20 millions d'années, vous pouvez facilement manquer une importante réorganisation des plaques au niveau régional ou mondial ».

On peut citer l'exemple de l'Inde qui s'est séparée de l'est de l'Afrique il y a 120 millions d'années. Alors que les vitesses moyennes des mouvements sont estimées à environ 4 cm par an, ce sous-continent s'est déplacé durant 10 millions d'années à une vitesse d'environ 20 cm par an. Une explication possible de ce sprint est la présence sous l'Inde d'un panache mantellique, celui à l'origine des fameux trapps du Deccan, qui aurait contribuer à lubrifier, en quelque sorte, le mouvement du sous-continent sur le manteau. Le même phénomène semble être intervenu avec l'Afrique et l'Amérique du Nord.

Les chercheurs de EarthByte pensent aussi que leurs travaux conduisent à revoir partiellement la théorie des moteurs à l'origine des mouvements des plaques. Ils pensent que la traction des plaques plongeantes dans le manteau, du fait de la gravité notamment, doit jouer un rôle moins important qu'on ne le pensait jusqu'ici. Il semble clair cependant que plus les plaques portent des surfaces continentales importantes plus leurs mouvements sont lents. On explique ce phénomène par la présence de sorte de quilles sous les continents qui tendent à les ancrer dans des couches du manteau plus visqueuses.

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