Résolution du puzzle géant des plaques tectoniques terrestres

Mercredi, 15 juin 2016

Souhaitant comprendre pourquoi les plaques tectoniques se répartissent en quelques grandes plaques et de nombreuses petites plaques, des chercheurs d’une collaboration internationale(1) comprenant des chercheurs du Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (LGL-TPE/OSUL, CNRS / ENS Lyon / Université Claude Bernard) et de Institut Universitaire de France (IUF) ont réalisé des simulations numériques à l’aide de calculs de convection du manteau rocheux de la Terre. Les chercheurs ont ainsi pu identifier les forces à l’origine de l’agencement actuel des plaques et montrer que leur répartition en taille est restée constante dans le temps, au moins au cours des 500 derniers millions d’années.

La surface de la Terre est un puzzle géant dont les 53 pièces (plaques tectoniques) possèdent un agencement caractéristique. Ce puzzle est composé de deux groupes de pièces : d’une part, 7 grandes pièces adjacentes (l’Amérique du Nord et du Sud, le Pacifique, l’Eurasie, l’Afrique, l’Australie et l’Antarctique) représentant 95 % de la surface et d’autre part, 46 pièces de tailles réduites (Ibérique, Caraïbes, Philippines…).
La tectonique des plaques est responsable des tremblements de terre, du volcanisme, de la mise en place de gisements minéraux et elle contrôle le cycle du carbone sur Terre. Mais pourquoi y a-t-il seulement quelques grandes plaques et de nombreuses petites ? Et quel est le phénomène responsable de leur mise en place et de leur évolution ?
La surface terrestre est en mouvement perpétuel : les plaques tectoniques disparaissent en s’enfonçant dans le manteau au niveau de zones dites de subduction, associées à la formation de volcans, comme "la ceinture de feu" autour du Pacifique. Le problème est que les indices concernant ces déplacements sont encore très mal connus. Alors que la Terre est âgée de 4,5 milliards d’années, seules les reconstructions tectoniques des 100 derniers millions d’années peuvent être considérés comme réalistes.

Devant le peu de données terrestres permettant de déterminer la taille des plaques dans le passé, une équipe internationale comprenant des chercheurs du LGL-TPE et de l’IUF a choisi d’étudier pour la première fois des planètes fictives, obtenues grâce à la simulation numérique couplant les mouvements du manteau rocheux de la Terre et sa surface.

Instantané d’une simulation numérique du mouvement du manteau et de la surface d’une Terre virtuelle. Les limites des plaques calculées en surface sont en blanc. À l’intérieur du manteau, les zones rouges chaudes sont des panaches chauds à l’origine de volcans et les zones froides bleues sont les plaques en subduction. Les continents sont visibles en surface (roses). L’étude de ces terres virtuelles a permis aux chercheurs de montrer que les grandes plaques seraient l’expression des courants présents dans le manteau, entre les zones de subduction, et que les petites plaques se seraient fragmentées, quant à elles, sous l’effet de forces induites par la courbure de ces zones de subduction. Ainsi, bien que leurs positions aient changées, la proportion entre grandes et petites plaques serait restée identique au cours des 500 derniers millions d’années au moins, contrairement à ce qu’indiquent les reconstructions de la tectonique des plaques. En conséquence, le volcanisme aux limites des petites plaques et ses effets sur le cycle du carbone ont été sous-évalués et des corrections devront être apportées aux reconstructions des mouvements des plaques.

Que l’agencement des plaques résulte d’une relation dynamique entre les mouvements dans le manteau et la tectonique à la surface ouvre la voie à l’utilisation de simulations semblables à celles réalisées dans ce travail pour améliorer la compréhension de la tectonique de surface et les reconstructions de l’histoire de la Terre.

Note(s): 
  1. Les autre organismes impliqués sont les suivants : University of Sydney (Australia) et Swiss federal unstitute of technology in Zurich (ETH Zürich)
Source(s): 

Subduction controls the distribution and fragmentation of Earth’s tectonic plates, Claire Mallard, Nicolas Coltice, Maria Seton, R. Dietmar Müller & Paul J. Tackley, Nature, 15 juin 2016. doi:10.1038/nature17992

Contact(s):
  • Claire Mallard, LGL-TPE/OSUL
    claire [dot] mallard [at] univ-lyon1 [dot] fr, 04 72 44 82 41

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