En 1912, le météorologue Alfred Wegener (1880-1930) propose que les continents ont autrefois formé un seul supercontinent, la Pangée, et qu'ils dérivent lentement depuis des centaines de millions d'années. La ressemblance des côtes africaine et sud-américaine, la continuité de formations géologiques d'un continent à l'autre, la présence de fossiles identiques sur des terres aujourd'hui séparées par des océans : tout plaide pour sa théorie. Pourtant, la communauté scientifique la rejette, faute d'un mécanisme crédible capable de déplacer des masses continentales entières.
Il faudra attendre les années 1950-1960 pour que la cartographie des fonds marins révèle les dorsales médio-océaniques. La tectonique des plaques prend alors sa forme moderne, grâce aux travaux de Harry Hess (1906-1969), qui propose l'expansion des fonds océaniques, et de J. Tuzo Wilson (1908-1993), qui introduit les notions de points chauds et de failles transformantes.
La Terre est structurée en couches concentriques aux propriétés très différentes. La température au centre atteint environ 5 100 degrés Celsius issue de deux sources : la chaleur primordiale héritée de l'accrétion il y a 4,5 milliards d'années, et la chaleur produite en continu par la désintégration de l'uranium-238, du thorium-232 et du potassium-40.
| Couche | Épaisseur (km) | Température (°C) | État | Rôle tectonique |
|---|---|---|---|---|
| Lithosphère | 5 à 70 | 0 à 300 | Solide rigide | Forme les plaques tectoniques en mouvement |
| Asthénosphère | 200 à 300 | 300 à 900 | Visqueux, partiellement fondu | Permet le glissement des plaques lithosphériques |
| Manteau inférieur | 2 200 | 900 à 3 700 | Solide visqueux | Siège des courants de convection profonds |
| Noyau externe | 2 260 | 3 700 à 5 000 | Liquide | Génère le champ magnétique terrestre |
| Noyau interne | 1 220 | 5 000 à 5 100 | Solide | Réservoir de chaleur primordiale |
À l'échelle de millions d'années, le manteau solide se comporte comme un fluide très visqueux et entre en convection thermique : les roches chaudes montent, se refroidissent en surface, puis redescendent. Ces cellules de convection entraînent les plaques lithosphériques posées dessus, un peu comme des radeaux sur un fleuve.
Le mécanisme est toutefois plus complexe : Don Anderson (1933-2014) et Claude Allègre (1937-) ont montré que la traction exercée par les plaques froides plongeant en subduction contribue autant, voire davantage, que la poussée des dorsales. Le poids des plaques âgées et refroidies constitue en effet une force motrice majeure du système.
Les plaques se déplacent entre 1 et 15 centimètres par an : l'Atlantique, par exemple, s'élargit d'environ 2,5 centimètres chaque année, soit la largeur d'un ongle, éloignant l'Europe de l'Amérique d'un mètre tous les quarante ans. Les deux continents, aujourd'hui séparés par près de 6 000 kilomètres, ont commencé à se disjoindre il y a environ 180 millions d'années lors de la dislocation de la Pangée.
Aux frontières divergentes, deux plaques s'éloignent l'une de l'autre et le magma remonte pour former une nouvelle croûte océanique. C'est le mécanisme des dorsales médio-océaniques : la dorsale médio-atlantique s'étend sur plus de 16 000 kilomètres, et l'Islande est l'un des rares endroits où elle émerge au-dessus du niveau de la mer.
Aux frontières convergentes, deux plaques entrent en collision. Si l'une est océanique, elle plonge sous l'autre en subduction, générant volcans, séismes et tsunamis, comme le long de la fosse du Pérou-Chili. Si les deux sont continentales, la croûte se plisse pour former des chaînes de montagnes : l'Himalaya est né ainsi, il y a 50 millions d'années, de la collision entre les plaques indienne et eurasiatique.
Aux failles transformantes, deux plaques glissent latéralement l'une contre l'autre sans créer ni détruire de croûte. Le frottement accumule des contraintes qui se libèrent en séismes : la faille de San Andreas, en Californie, en est l'exemple le plus connu.
Les roches formées aux dorsales enregistrent l'orientation du champ magnétique terrestre au moment de leur solidification. Comme ce champ s'est inversé de nombreuses fois, on observe de part et d'autre des dorsales des bandes symétriques à polarité alternée, preuve directe de l'expansion du plancher océanique. Ce travail de Drummond Matthews (1931-1997) et Frederick Vine (1939-) a constitué une validation décisive dans les années 1960.
| Plaque | Surface (106; km²) | Vitesse (cm/an) | Type dominant | Phénomène associé remarquable |
|---|---|---|---|---|
| Plaque Pacifique | 103 | 5 à 10 | Subduction et translation | Ceinture de feu du Pacifique, fosse des Mariannes |
| Plaque Nord-Américaine | 76 | 2 à 3 | Divergence (est) et translation (ouest) | Dorsale médio-atlantique, faille de San Andreas |
| Plaque Eurasiatique | 68 | 2 à 3 | Divergence (ouest) et collision (sud) | Himalaya (collision avec la plaque indienne) |
| Plaque Africaine | 61 | 2 à 3 | Divergence multiple | Rift est-africain, futur océan naissant |
| Plaque Antarctique | 60 | 1 à 2 | Divergence (bordures) | Entourée de dorsales sur presque tout son pourtour |
| Plaque Indo-Australienne | 58 | 6 à 7 | Convergence rapide (nord) | Himalaya, Alpes australiennes, séismes de Sumatra |
| Plaque Sud-Américaine | 44 | 2 à 3 | Divergence (est) et subduction (ouest) | Andes, fosse du Pérou-Chili, volcans actifs |
| Plaque de Nazca | 16 | 7 à 8 | Subduction rapide | Subduction sous l'Amérique du Sud, formation des Andes |
| Plaque des Philippines | 5,5 | 6 à 8 | Subduction (est et ouest) | Arc insulaire philippin, volcanisme intense |
| Plaque Arabique | 5 | 2 à 3 | Collision (nord) et divergence (sud) | Mer Rouge (rift naissant), Zagros, Caucase |
N.B. : Les vitesses indiquées sont des valeurs moyennes mesurées par géodésie spatiale (GPS). Elles peuvent varier significativement selon la partie de la plaque considérée et l'axe de mesure. La superficie inclut dans certains cas les plaques adjacentes plus petites lorsque les géologues les regroupent sous une même appellation.
Les données paléomagnétiques et géochimiques permettent de retracer les assemblages et dispersions successifs des masses continentales. Ce cycle, dit cycle de Wilson en hommage à J. Tuzo Wilson (1908-1993), prédit que dans environ 250 millions d'années, les continents se rassembleront à nouveau pour former un nouveau supercontinent, parfois surnommé Pangée Proxima ou Amasia selon les modèles.
| Supercontinent | Formation | Dispersion | Remarque |
|---|---|---|---|
| Nuna / Columbia | ~ 1,8 milliard d'années CE | ~ 1,5 milliard d'années BCE | Premier supercontinent bien documenté ; centré vers 30-40° N, principalement dans l'hémisphère nord tropical |
| Rodinia | ~ 1,1 milliard d'années BCE | ~ 750 millions d'années BCE | Sa dislocation aurait déclenché une glaciation globale ; centré vers 10-20° S, à cheval sur l'équateur |
| Pangée | ~ 335 millions d'années BCE | ~ 175 millions d'années BCE | Se fragmente en Laurussia (nord) et Gondwana (sud) ; centré vers 10° N, s'étendant de 85° S à 85° N |
| Pangée Proxima / Amasia | ~ dans 250 millions d'années | - | Supercontinent futur prédit par les modèles ; centré vers 30-60° N selon les scénarios, autour du pôle arctique pour Amasia |
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