les origines de la tectonique des plaques - .les mouvements des plaques dans le passé ont été

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  • Les origines de la tectonique des plaques

    Jean-Franois Moyen

    29 janvier 2007

    Table des matires

    1 Tectonique des plaques et chaleur terrestre : pourquoi la tectonique des plaques ? 2

    1.1 Tectonique des plaques et convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Depuis quand ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

    2 Comment reconnatre la tectonique des plaques ? 2

    2.1 Un problme de dfinitions ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Des blocs rigides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3 Des mouvements relatifs horizontaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

    a. Arguments directs : palomagntisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3b. Arguments indirects : structures gologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    2.4 Des limites de plaques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6a. Limites divergentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6b. Limites convergentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

    3 La ou les tectonique des plaques ? 10

    3.1 Diffrents styles tectoniques au cours du temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.2 Les limites entre diffrents styles tectoniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

    La tectonique des plaques est le phnomne dominant de la gologie de la Terre contemporaine ; ellecontrle lactivit gologique de la plante, la rpartition des zones actives ou inactives, la forme des masses

    continentales, etc. Il est difficile dimaginer le visage dune plante o ce phnomne nexisterait pas.

    Pourtant, il est possible que la Terre nait pas toujours fonctionn de cette faon, et que dans les priodesanciennes de lhistoire de la plante, il faille chercher des cadres dinterprtation diffrents !

    Lors dun congrs en Juin 2006, dont le thme tait When did plate tectonic begin ?1, il a t demand aux60 participants de dire quelle date, selon eux, avait dbut la tectonique des plaques.

    Les rponses se sont tales entre 800 millions dannes (0.8 Ga) et 4 milliards dannes (4 Ga). Cest dire sicette question na pas de rponse vidente ! Il faut cependant nuancer cette affirmation de deux faons :

    Malgr ltalement des rponses, plus de la moiti des participants pensaient que la tectonique des plaques adbut la fin de lArchen, quelque part entre 3.2 et 2.5 Ga.

    De faon peut tre surprenante, une partie non ngligeable du problme vient tout simplement de dfinitionsdiffrentes de ce quest la tectonique des plaques ! Quand il sagit de discuter des processus et des phnomnesimpliqus (plutt que du nom quil faut leur donner), les avis sont moins contrasts.

    1Penrose conference. Lander, Wyoming. 13 au 18 juin 2006. http ://www.geosociety.org/penrose/06-tectonicsBegin.htm, les

    prsentations powerpoint de ce congrs se trouvent http ://www.utdallas.edu/ dxt038000/Plate%20Tectonics/presentations.htm.

    1

  • Les origines de la tectonique des plaques

    1 Tectonique des plaques et chaleur terrestre : pourquoi la tectonique des

    plaques ?

    1.1 Tectonique des plaques et convection

    On dit souvent que la tectonique des plaques est une consquence ou une manifestation de la convectionterrestre. Cest en fait une formulation incorrecte ou imprcise ; il serait plus exact de dire que la tectonique desplaques est (un composant de) la convection terrestre.

    La Terre vacue sa chaleur sur un mode principalement convectif, cest dire par des dplacements conjoints dematire chaude vers le haut, et de matire froide vers le bas. Les dplacements de matire froide, lchelle dumanteau, sont principalement reprsents par les subductions et par lenfoncement des plaques lithosphriquesfroides dans le manteau. Les dplacements de matire chaude sont moins vident mettre en vidence ; dans lapartie suprieure du manteau, ce sont les remontes sous les dorsales ; dans la partie infrieure ils sont moinsbien localiss et moins faciles mettre en vidence.

    Il sen suit que toute modification du rgime de convection terrestre se traduira probablement par des styles detectonique des plaques diffrents. En particulier, si il y a plus de chaleur vacuer, on peut sattendre uneconvection assez significativement diffrente.

    1.2 Depuis quand ?

    Les mouvements des plaques dans le pass ont t reconstitus ; on arrive maintenant avoir une assez bonneide des dplacements relatifs des plaques, et des processus sur leurs limites, au cours des derniers 1000 ou 1500millions dannes de lhistoire de la Terre. Durant cette priode, il est peu prs certain que la Terre, du point devue gologique, tait une plante trs similaire celle que nous connaissons actuellement, avec des ocans et descontinents, des dorsales et des subductions, des chanes de montagnes formes par des collisions continentales.

    Mais que se passait-il avant ? La question nest pas simple. En effet, la chaleur terrestre moteur de la tectoniquedes plaques provient pour lessentiel de la dsintgration dlments radioactifs, K, U et Th principalement.Ces lments disparaissent au fur et mesure de leur dsintgration. . . et donc la quantit de chaleur produitepar la Terre na pu que diminuer depuis sa formation. En dautres termes, la Terre dil y a 2 ou 4 milliardsdannes tait sans nul doute une plante nettement plus chaude que celle que nous connaissons lheure actuelle.Dans ces conditions, il est possible, sinon probable, que la chaleur terrestre tait vacue de faon diffrente, avecune convection dont la forme, lintensit ou la vitesse peut fort bien avoir t trs diffrente de celle que nousconnaissons maintenant. Il est donc trs probable quil a exist une priode pendant laquelle il nexistait pasde tectonique des plaques, ou alors suivant des modalits trs diffrentes de celles que nous connaissons de nosjours.

    2 Comment reconnatre la tectonique des plaques ?

    Pour comprendre le fonctionnement de la Terre dans les priodes anciennes, les gologues tudient des terrainsou les roches de ces ges ont t prserves, par chance ou par hasard.

    2.1 Un problme de dfinitions !

    Trois lments permettent de dfinir ou de caractriser la tectonique des plaques ; selon celui ou ceux que lonretient, on va tre amen considrer comme probant, ou non, des lments diffrents. Les trois points qui sontle plus cits (du moins au plus restrictif) sont :

    1. Des blocs rigides, cohrents, avec des mouvements relatifs horizontaux entre ces blocs ;

    2

  • Les origines de la tectonique des plaques

    Fig. 1: Une terre sans tectonique des plaques ? A gauche, image LANDSAT du craton du Pilbara, en Australie-Occidentale.Noter les structures trs particulires, avec des dmes (de granites dforms) entours par des lments troits et allongsappels ceintures de roches vertes, et forms de laves et de sdiments, plus denses que les granites. A droite, successionde schmas montrant comment une telle structure pourrait se former en labsence de toute limite de plaques : les granites,relativement lgers (en jaune), se forment dans la crote infrieure par fusion des laves (en vert). Ce dispositif, o des rochesdenses (les laves) surplombent des roches plus lgres (les granites) pourrait provoquer une instabilit gravitaire, et conduire la remonte diapirique des granites de la crote infrieure, accompagne dun nouvel pisode de fusion (orange et rouge),crant une nouvelle gnration de granites sur le flanc des dmes (Van Kranendonk et al., 2004).

    2. Des limites de plaques sur lesquelles se concentrent la dformation ;

    3. Des zones dexpansion (dorsales) et de destruction (subduction) de lithosphre, les subductions tant lemoteur principal du mouvement des plaques.

    2.2 Des blocs rigides

    Le premier indice est lexistence de blocs continentaux stables. De tels objets sont faciles trouver : il suffitde regarder lge de la dernire activit gologique dans une rgion donne ! On observe donc des terrainscompltement stabiliss ds 3.6 Ga (Groenland), ou 3.2 Ga (Kaapvaal, Pilbara). Une fois que lon a dit a, onnest gure plus avanc.

    2.3 Des mouvements relatifs horizontaux

    Mettre en vidence des mouvements horizontaux entre blocs est plus dlicat, puisquil sagit de reconstituer despisodes termins depuis longtemps. On peut utiliser deux sortes darguments :

    a. Arguments directs : palomagntisme

    Le palomagntisme est loutil le plus efficace pour reconstituer les mouvements des plaques, et il est utilis avecsuccs au Phanrozoque, et une partie du Protrozoque, pour reconstruire les mouvements. En remontant plus

    3

  • Les origines de la tectonique des plaques

    tt dans le pass, il devient plus dlicat utiliser : les informations palomagntiques sont souvent effaces, ildevient dlicat de trouver des roches de lge souhait, etc.

    Eq

    600

    300

    900180 0

    Minto1998 +/-2

    Nipissing N12217 +/-4

    Senneterre2216 +8/-4

    Matachewan E

    Matachewan W2473-2446

    Biscotasing E 2167 +/-2

    Cleaver1740 +5/-4

    Biscotasing W ca. 2170

    Lac Esprit2069 +/-1

    Ft. Frances 2076+5/-4

    Cauchon Lake 2091+/-2

    Maguire~2230

    Molson~1880

    Ptarmigan? 2505 +/-2

    Mistassini? 2510-2500

    Marathon R2101+/-2

    Marathon N ca. 2121

    eastern SuperiorProvince paleopole

    western SuperiorProvince paleopole

    Laurentia paleopole

    PALEOPOLES

    Fig. 2: Trajectoire de drive apparente du ple magntique (Apparent Polar Wander) pour la Province du Suprieur de 2.5 1.7 Ga. Elle met clairement en vidence des dplacements gographiques de grande ampleur

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