La tectonique des plaques, l’histoire d’un modèle
La naissance de l’idée, la dérive des continents et ses critiques.
I Deux théories indépendantes et contradictoires
1/ Le modèle “contractionniste” de Suess
a/ Les faits
·
La Terre résulte du refroidissement de matériel
chaud rassemblé au moment de la naissance du système solaire.
·
La Terre présente des océans et des continents.
Les uns sont plutôt élevés, les autres ont des altitudes basses (négatives si
la référence est le niveau marin)
·
On remarque de fortes similitudes entre les
roches, les faunes et les flores des continents voisins. La théorie de
l’évolution de Darwin est déjà connue. Si les êtres vivants sont ressemblants,
c’est qu’ils ont eu une longue histoire commune. Il existait donc des ponts
continentaux.
b/ Le modèle interprétatif
En se refroidissant,
la surface terrestre se rétracte ce qui engendre des différences d’altitudes
faisant naître les océans et les continents :
Cela sous entendrait une répartition aléatoire des différentes altitudes.
2/ Le modèle permanentiste de Dana (dès 1846
puis étude des densités au début du XXème siècle)
a/ Les faits
Continents et océans ont des natures chimiques et des
densités différentes :
·
Les continents peuvent être considérés
comme des blocs légers d'un composé nommé alors sial (car composé
essentiellement de silicium et d'aluminium)
·
Au niveau des océans, affleure une
couche plus dense d'un composé nommé alors sima (roches composées essentiellement
de silicium et de magnésium).
b/ Le modèle interprétatif
Océans et continents constituent des figures permanentes de
la surface du globe. Les continents moins denses ne peuvent pas s’enfoncer dans
le plancher des océans.
II La théorie de Wegener : la dérive des continents
1/ Plus de constats
Wegener a repris les faits et en a rajouté de nouveaux.
- la
distribution bimodale des altitudes (continents/océans)
- les
tracés des côtes
- la
distribution des chaînes de montagnes, des paléoclimats (en particulier les
traces de glaciations) et de certains fossiles.
La force de son travail est d’avoir cherché de nombreux
faits dans toutes les disciplines.
2/ L’interprétation
Il explique qu’il ne peut
pas y avoir deux modèles différents de la même Terre.
La distribution bimodale
des altitudes est en désaccord avec la théorie de Suess.
Il faut donc envisager un
autre modèle.
Il propose donc qu’autrefois
les continents étaient contigus, et qu’ils se sont ensuite séparés.
Il y aurait donc eu
déplacement des masses continentales, c’est la théorie de la dérive des
continents.
Il étaye (ou étaie) sa
théorie avec un raisonnement probabiliste :
C'est comme si nous cherchions à reconstituer un journal déchiré
d'après les contours de ses
fragments, pour vérifier ensuite si les lignes
se correspondent. S'il en est ainsi, il ne nous reste
pas d'autre
alternative que d'admettre que les fragments étaient antérieurement réunis
de la
même manière. Qu'une seule ligne permette un pareil contrôle et il y
aurait déjà une forte probabilité
en faveur de l'exactitude de la
reconstitution.
Si n lignes permettent le contrôle, la probabilité de
l'exactitude est la ne puissance de la précédente.
Il n'est pas inutile de
se rendre clairement compte de la signification de ce qui précède.
Admettons que nous soyons disposés, en nous basant sur le contrôle de la
première « ligne »,
c'est-à-dire des plissements des chaînes du
Cap et des Sierras de Buenos-Aires, à parier 10
contre 1 que la théorie des
translations est exacte. Alors, nous pouvons, puisque nous connaissons
au
moins six contrôles analogues indépendants, parier 106,
c'est-à-dire un million contre un,
que notre hypothèse est vraie »
(in A. Wegener, op. cit., p.75).
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II Le rejet de la théorie de la dérive des continents
1/ Rejet immédiat
a/ La Terre est solide
Les études de sismologie (voir TP) montrent
à la même période que la Terre est solide jusqu’à 2900 km de profondeur. On dit
à cette époque que la Terre est aussi solide que de l’acier.
Il semble donc impossible que les continents puissent
dériver sur le SIMA.
b/ Les forces en présence
En fait, même solide, la Terre est
néanmoins fluide (inverse de la viscosité).
Wegener fait plusieurs observations en
ce sens. Ex La Terre est aplatie aux pôles suite à sa rotation.
Il comprend que le temps géologique étant
très dilaté, les notions de solide et liquide sont à envisager avec un autre
regard. (déformation possible d’une poutre ou d’une plaque de pierre)
Mais il ne trouve pas de force
suffisamment forte pour expliquer le déplacement des continents
et sa théorie est discréditée par l’ensemble de la
communauté scientifique.
Petit Bilan en vidéo:
2/ Le rejet actuel, nouvelle
interprétation des différences d’altitudes entre les continents et les océans
Aujourd’hui, nous connaissons ces forces
suffisamment fortes pour permettre des mouvements au sein de matériaux solides.
Ce qui est rejeté est le modèle de
superposition du sial et du sima. Ces appellations ne sont plus utilisées.
a/ des hodochrones aux
vitesses sismiques
Les études des ondes sismiques
permettent de connaître la structure interne du globe.(cf TP)
On enregistre les ondes émises par les
séismes dans différentes stations réparties sur la surface de la Terre. Le
réseau s’est enrichi et les sismographes sont de plus en plus sensibles au
cours des années.
Schéma des ondes arrivant aux
sismographes.
On mesure le délai d’arrivée des ondes
et on le reporte sur un graphique donnant le temps d’arrivée des ondes en
fonction de la distance à l’épicentre. (projection à la surface de la Terre du
lieu du séisme)
Les courbes produites sont des
hodochrones, le graphique un hodographe.
Il
est alors possible de calculer la vitesse des ondes
en fonction de la profondeur.
La vitesse de
propagation des ondes a aussi été étudiée en laboratoire. Elle dépend de la
nature chimique du milieu et de la température. (les milieux plus denses
permettent une vitesse de propagation plus rapide).
Les hodochrones
permettent de proposer un modèle de structure interne du globe en couches
concentriques : croûte, manteau, noyau externe et noyau interne (graine).
b/ deux types de croûtes
Nous avons déjà calculé la profondeur
d’une discontinuité, le Moho, que l’on retrouve par la vitesse des ondes. Le
travail fait en TP reposait sur la reflexion des ondes, mais toutes ne sont pas
réfléchies. Une partie traverse le Moho. Les ondes sont alors ralenties (et
déviées, c’est la réfraction). Elles se retrouvent donc dans un milieu
différent.
On montre qu’il existe deux types de
croûtes reposant toutes les deux sur le même milieu, le manteau.
Le Moho n’est pas à la même profondeur
sous les océans et les continents.
Bilan Vidéo:
Les vitesses des ondes étant
différentes, on peut supposer une nature chimique différente.
La croûte océanique est essentiellement formée
de basalte et de gabbro (pyroxènes et feldspaths plagioclases)
basalte à olivine
photo gabbro en LPA
Les deux croûtes reposent sur le manteau constitué de
péridotite (olivine et pyroxène)
Il n’y a pas une superposition au niveau continental.
Les roches continentales ne reposent pas sur les roches
océaniques. Il s’agit de deux structures différentes qui sont par
nature d’épaisseurs différentes.
On ne peut donc pas parler de dérive des continents sur les
roches océaniques.
==> Savoir faire un schéma de la structure avec croûte, manteau noyau
avec sa graine à partir du schéma de la vitesse des ondes.
Conclusion
La mobilité horizontale et le déplacement des continents
proposés par Wegener sont une première approche de la théorie qui deviendra la
tectonique des plaques.
Son modèle a apporté beaucoup à la communauté scientifique
mais il n’était pas suffisamment étayé pour faire l’unanimité. Il est donc
rejeté.
On sait aujourd’hui qu’il reposait sur une structure du globe
terrestre fausse mais il a aussi mis en lumière des arguments et faits réels et irréfutables.
De nouvelles découvertes vont permettre de construire un nouveau modèle.
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