1. La théorie de A. Wegener
Au début du XXe siècle, le géophysicien Alfred Wegener exposait sa théorie en s’appuyant sur la concordance de séries sédimentaires relevées sur divers continents et la cohérence des contours de l’Afrique et de l’Amérique. Pour lui, il ne faisait aucun doute que les continents aient été autrefois regroupés en un seul : la Pangée.
2. L'expansion des fonds océaniques
L’existence des plaques tectoniques a été démontrée au cours du XXème siècle, période durant laquelle les progrès de l’instrumentation ont permis de faire un bond dans notre connaissance de la Terre et de sa structure interne. Ainsi, dans les années 1950, les expéditions maritimes s’intéressent particulièrement aux fonds marins. Les océanologues veulent en savoir davantage sur la structure du milieu océanique. Pour sonder ce milieu opaque, dans lequel aucune lumière ne pénètre à plus de 100 mètres, ils utilisent un nouvel instrument développé pendant la seconde guerre mondiale, le SOund NAvigation and Ranging, ou SONAR. Cet appareil propulse des ondes radio dans l’océan. Ces ondes se propagent tant qu’elles ne rencontrent pas d’obstacle. Si elles percutent un objet ou le fond marin, une partie de l’onde revient vers son émetteur. En calculant le temps de retour des ondes réfléchies et réfractées, l’analyste peut donner une estimation de la distance de l’objet par rapport à la source.
La première carte complète des fonds marins est établie par Marie Tharp et Bruce Heezen, tous deux océanographes au Lamont Geological Observatory, en 1959. Elle révèle la présence de reliefs sous-marins, les fameuses dorsales, et de profondes fosses océaniques.
Au cours de ces expéditions, les scientifiques ont également découvert des anomalies magnétiques au sein de la croûte terrestre océanique. Cette découverte a permis de mettre en évidence le processus d’expansion océanique à partir des dorsales sous-marines. Nous allons voir comment…
Le magnétisme terrestre a été découvert par les Chinois vers l’an mille mais c’est le britannique William Gilbert qui, au XVIème siècle, a mis en évidence le fait que l’aiguille aimantée des boussoles pointait systématiquement vers le pôle Nord.
Il en a déduit qu’il y avait certainement une matière aimantée, présente au centre de la Terre et qu’il était possible de calculer la direction et l’intensité du champ magnétique émis.
C’est seulement au XIXème siècle qu’un instrument de mesure approprié a été développé : le magnétomètre. Cet appareil est capable de mesurer l’intensité du champ magnétique terrestre.
Les géologues se rendent alors compte qu’il existe des différences entre la mesure in-situ et la valeur théorique de l’intensité. On parle d’anomalie positive lorsque la mesure est plus grande que la valeur théorique et d’anomalie négative dans le cas inverse.
Le magnétisme est généré par le brassage convectif des éléments métalliques présents dans le noyau (fer et nickel liquides). Ce champ magnétique agit comme un aimant sur les éléments métalliques présents sur les minéraux ferreux présents dans les roches volcaniques.
Ainsi, en 1853, le physicien italien Macedonio Melloni découvre que chaque roche volcanique présente sa propre aimantation. Il émet alors l’hypothèse que cette aimantation a été acquise lors du refroidissement de la lave qui enregistre le champ magnétique terrestre de l’époque de sa formation. Les laves posséderaient ainsi une “mémoire magnétique”. Au XXeme siècle, les français Brunhes (1906) et Mercanton (1910 à 1930) confortent l’hypothèse de Melloni en y apportant les fondements théoriques. Brunhes remarque également que certaines roches volcaniques présentent des inversions de magnétisme. Pendant ce temps, le physicien japonais Matuyama réussit à dater plusieurs résidus volcaniques, présentant des inversions volcaniques. Il en déduit que les pôles magnétiques se sont inversés plusieurs fois au cours du temps. Malheureusement, ses conclusions tombent dans l’oubli.
Il faut attendre les années 1950 pour que les études sur le magnétisme terrestre suscitent un regain d’intérêt. En 1952, l’invention du magnétomètre statique relance les recherches. Ce nouvel instrument permet de mesurer des variations du champ magnétique extrêmement faibles.
En 1954, Patrick Blackett, Keith Runcorn et Ted Irving remarquent que les anomalies magnétiques sont d’autant plus importantes que les roches volcaniques sont âgées.
Cette observation semble aller dans le sens des travaux de Matuyama : les pôles magnétiques auraient bougé au cours du temps.
En se basant sur la mémoire magnétique des roches volcaniques, les trois scientifiques se lancent dans une cartographie de la trajectoire du pôle Nord magnétique.
Les relevés de terrain effectués sur les tous les continents leur permettent de remonter jusqu’à l’Eocène (- 50 millions d’années).
La carte est publiée en 1959 mais une chose paraît anormale : les trajectoires du pôle magnétique évaluées en Amérique du Nord, en Amérique du Sud, en Inde, en Europe et en Afrique ne coïncident pas.
Or, comme il n’y a qu’un seul pôle Nord magnétique, il ne devrait y avoir qu’une seule trajectoire ! Pour résoudre le problème des trajectoires multiples du pôle magnétique, Irving, Runcorn et Blackett émettent l’hypothèse que celui-ci soit fixe et que ce soit les continents qui aient bougés au cours du temps. Par-ailleurs, les travaux menés à la même époque par F.J. Vine, L.W. Morley et D.H. Matthews montrent qu’il existe une succession d’anomalies magnétiques positives ou négatives de part et d’autres de la dorsale Pacifique et une répartition symétrique des anomalies par rapport à l’axe de cette dorsale. Cette découverte suggère que le bassin océanique est en expansion à partir de l’axe de la dorsale.
3. La convection mantellique est le moteur de la tectonique des plaques
Les déplacements verticaux du magma entraînent la formation de panaches qui, au fur et à mesure de leur ascension, perdent de leur chaleur. Redevenue plus dense, une partie de la matière tend lentement à redescendre en profondeur, ce qui marque la mise en place d’une cellule de convection mantellique.
La remontée de magma déclenche la formation d’un point chaud. Lorsque le magma atteint la croûte terrestre, la roche se fracture et un dôme volcanique apparaît. Lorsque le volcan est en éruption, de nouvelles roches se forment et viennent accroître la croûte terrestre. A l’inverse, dans les zones où le magma est plus froid et plus dense, la croûte terrestre est entraînée par gravité et s’enfonce dans l’asthénosphère. C’est la subduction. Ainsi, la convection mantellique crée des tensions mécaniques au sein de la croûte terrestre, tensions responsables à terme du déplacement des plaques lithosphériques (en vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=xn3aS3m09PQ – Nal. Géo).
