News Release

Qu’est-ce qui fait bouger la surface de la Terre ?

Peer-Reviewed Publication

CNRS

Images of the Numerical Solution at the Moment when a Supercontinent Begins to Break Up

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Images of the numerical solution at the moment when a supercontinent (left, in purplish grey) begins to break up.

In the image on the left, the modelled fictional planet looks much like the Earth: its surface and mantle move spontaneously, at speeds close to those observed on Earth. The distribution of the plates (some of which are large, while many are small) is also similar, as is the topography: red hues represent shallow regions of the ocean (ridges), while blue indicates the deep seafloor. The deepest blue areas correspond to subduction trenches (where a plate is sinking into the mantle). The continents are shown in translucent white (and therefore appear purplish grey).

The image on the right shows warm currents (plumes) rising from the bottom of the mantle. view more 

Credit: Nicolas Coltice

Les plaques tectoniques bougent-elles à cause des mouvements dans le manteau terrestre ou le manteau est-il entraîné par le déplacement des plaques ? Et si la question était mal posée ? C’est le point de vue qu’ont adopté des scientifiques de l’École normale supérieure - PSL, du CNRS et de l’Université de Rome 3 en considérant les plaques et le manteau comme un même système. D’après leurs simulations, publiées dans Science Advances le 30 octobre 2019, c’est majoritairement la surface qui impose son style au manteau, même si le rapport de force évolue au rythme des supercontinents.

Quelles forces font bouger les plaques tectoniques ? Cette question reste ouverte depuis l’avènement de la théorie de la tectonique des plaques, il y a 50 ans. Les extrémités froides des plaques qui coulent lentement dans le manteau terrestre au niveau des zones de subduction sont-elles à l’origine des mouvements observés à la surface de la Terre ? Ou bien le manteau agité de courants de convection entraîne-t-il les plaques ? Ce problème est devenu pour les géologues l’équivalent de l’histoire de la poule et de l’œuf : le manteau ferait bouger les plaques qui elles-mêmes entraîneraient le manteau…

Pour révéler les forces à l’œuvre, des scientifiques du Laboratoire de géologie de l’École normale supérieure (CNRS/ENS - PSL), de l’Institut des sciences de la Terre (CNRS/universités Grenoble Alpes et Savoie Mont Blanc/IRD/Ifsttar) et de l’Université de Rome 3 ont traité la Terre solide comme un seul et unique système indivisible et réalisé la modélisation la plus complète à ce jour de l’évolution d’une planète fictive très semblable à la Terre. Il leur a fallu s’armer de patience pour trouver les paramètres adaptés puis résoudre un système d’équations pendant 9 mois sur un supercalculateur, reproduisant 1,5 milliard d’années d’évolution de la planète.

Grâce à ce modèle, l’équipe a montré que les deux tiers de la surface de la Terre se déplacent plus vite que le manteau sous-jacent, autrement dit que la surface tire l’intérieur, et que les rôles sont inversés sur le tiers restant. Ce rapport de force évolue au cours de l’histoire géologique, en particulier pour les continents. Ceux-ci sont principalement poussés par les mouvements profonds du manteau lors des phases de construction d’un supercontinent, à l’image de la collision actuelle entre l’Inde et l’Asie : dans ces cas-là, les mouvements observés en surface peuvent donc nous renseigner sur la dynamique du manteau profond. Au contraire, lorsqu’un supercontinent se disloque, le mouvement est plutôt dicté par celui des plaques qui plongent dans le manteau.

Ce calcul représente une mine d’informations encore largement inexploitée. Les données obtenues pourraient aider à comprendre comment les dorsales naissent et disparaissent, comment s’initie une subduction, ou encore ce qui détermine la localisation des panaches à l’origine des grands épanchements volcaniques.

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