Breve Geologie

7/27/2019 Breve Geologie

1/13

Une brve histoire de la gologie

Table des matires

l Introductionl Une perspective historique

Stnon et les bases de la gologie Buffon et l'histoire du monde Werner et le neptunisme Hutton et les plutonistes Cuvier et Brongniart et la palontologie stratigraphique Lyell et l'actualisme Suess, Bertrand et la formation des montagnes De la drive des continents la tectonique des plaques

l La tectonique des plaques Le mouvement des plaques

Introduction

Les Grecs appelaient "" la Terre sur laquelle nous vivons. Cette racine intervient dans une foule de termes tels que "gologie", "godsie", "gochimie","gomorphologie", "gochronologie", etc. Ces sciences et techniques forment ce que l'on appelle les "Sciences de la Terre".

L'tude mathmatique de la Terre a donn naissance la godsie (dtermination de la forme et des dimensions de la Terre) et la gostatistique (applicationdes mthodes statistiques aux problmes gologiques et en particulier l'valuation des gisements). L'application des mthodes et des techniques de la

physique l'tude de la Terre constitue la gophysique, que l'on peut subdiviser suivant ses intrts en aronomie (tudes des couches leves del'atmosphre), mtorologie, ocanographie, gomagntisme, sismologie et gravimtrie (tude du champ de pesanteur). L'application des mthodes chimiques

et des lois de la physico-chimie l'tude des matriaux de l'corce terrestre dbouche sur la minralogie et la ptrologie (tude des roches, du grec "")tandis que la gochimie tudie la distribution des lments chimiques dans les roches, dans les sols, dans l'hydrosphre et dans l'atmosphre.

Les roches renferment parfois des d ris d'animaux ou de vgtaux. La palontologie dcrit ces restes fossiles et recherche leur filiation avec les organismes

Universit de Lige

Facult des Sciences

Dpartement de Gologie

Page 1 sur 13processus

1/4/2007http://www.ulg.ac.be/geolsed/geol_gen/geol_gen.htm


2/13

actuels de manire fixer les tapes de l'volution du monde organique.

La gologie quant elle a pour but de retracer l'volution de la Terre depuis les temps les plus reculs o nous puissions remonter jusqu' l'poque actuelle.Cette tude se fonde avant tout sur l'observation rigoureuse des parties de l'corce terrestre accessibles nos observations, ce qui en fait avant tout une sciencenaturelle. Les tudes gologiques s'articulent autour de trois thmes principaux:

l la connaissance des matriaux de l'corce terrestre par le biais de la minralogie et de la ptrographie;l l'analyse des processus qui oprent la surface et l'intrieur de la Terre: c'est le champ d'tude de la godynamique, au sein de laquelle on distingue

une godynamique externe qui dcrit les phnomnes d'rosion et de sdimentation et une godynamique interne qui s'attache l'tude des processus quisont l'origine des reliefs (volcanisme, tectonique,) A chacune de ces catgories se rattachent des branches plus spcialises de la gologie comme lasdimentologie (tude des sdiments et de leur gense), la tectonique (tude des dformations de l'corce terrestre), la volcanologie, etc.

l la dtermination de la succession des vnements, enregistrs dans les roches, fait l'objet de la gologie historique. Elle comporte deux volets essentiels:la stratigraphie qui tudie la succession des couches rocheuses et des fossiles qu'elles contiennent et la palogographie qui s'efforce de reconstituer les

paysages gographiques qui ont exist aux diffrentes priodes gologiques.

Fig.1: diversit des sciences de la Terre et relations avec d'autres disciplines.

Ce rapide survol de la diversit des sciences de la Terre en gnral et de la gologie en particulier nous montre son caractre ncessairement interdisciplinaire,au carrefour de plusieurs grandes branches de la connaissance: la physique, la chimie, les mathmatiques, la gographie, la biologie (fig.1).

Une perspective historique

STENON ET LES BASES DE LA GEOLOGIE

Bien que nombre d'aspects de ce que nous appelons aujourd'hui gologie ait inspir les rflexions d'auteurs aussi anciens que les auteurs grecs ou romains (onse rfrera aux ouvrages cits en fin de chapitre), on peut dire que les bases de la science gologique ont t jetes par le Danois Nicolas Stnon (1638-1686),dans son "Prodrome d'une dissertation sur un solide naturellement contenu dans l'intrieur d'un solide" de 1669. Dans cet ouvrage au titre particulirementobscur (pour nous), aprs avoir dmontr que les coquilles fossiles et autres dbris sont des restes d'anciens organismes vivants, il infre que les terrains qui lescontiennent se sont dposs au fond des eaux (ce qui avait dj t compris par Lonard de Vinci) et que:

"Au temps o se formait une strate quelconque, ou bien elle tait circonscrite sur ses cts par un autre corps solide, ou bien elle couvrait tout leglobe de la Terre" et "Au temps o se formait l'une des strates les plus leves, la strate infrieure avait dj acquis une consistance solide" (Prodrome, p. 30, 1669).

Il s'agit bel et bien du principe fondateur de la stratigraphie: le principe de continuit des couches ou de superposition, impliquant que toute couche gologiqueest plus rcente que celle qu'elle surmonte. Un second principe nonc par Stnon est tout aussi simple et tout aussi rvolutionnaire :

"() les strates, tant perpendiculaires l'horizon, qu'inclines sur lui, en un autre temps ont t parallles l'horizon" (Prodrome, pp. 30-31,1669).

En d'autres termes, l'inclinaison des couches tmoigne de leur dformation: c'est le principe fondateur de la tectonique. Stnon applique ce principe laformation des chanes de montagnes, en commettant cependant une erreur de gnralisation, celle de supposer que l'inclinaison des couches est toujours due un phnomne d'effondrement par disparition de couches plus anciennes plutt que par un mouvement de pousse. L'originalit de Stnon par rapport ses

prdcesseurs vient aussi de sa dmarche naturaliste: ses principes sont appuys non sur une rflexion philosophique mais sur des observations de terrain.

BUFFON ET L'HISTOIRE DU MONDE

Connu comme l'auteur d'une monumentale "Histoire naturelle", Georges-Louis Leclercq, Comte de Buffon (1707-1788) s'est galement intress l'histoire dela Terre. Son apport est celui d'une rupture avec le "dilluvianisme" de ses prdcesseurs (Lehmann et de Maillet pour ne citer que ces deux auteurs). Ce

principe, inspir de la notion biblique de Dluge universel, postulait que l'ensemble des chanes de montagnes et des roches sont des dpts sous-marins.Buffon par contre assigne aux montagnes les plus anciennes une origine igne. Le globe est pass par un tat fondu, puis le lent refroidissement a solidifi lamatire en fusion qui a form ces irrgularits que sont les grandes montagnes. Il propose dans ses "Epoques de la Nature" (1778) une histoire du monde ensept poques dont voici un rsum:




3/13

l 1. la Terre et les plantes prennent leur forme en tat de fusion (par arrachement d'un jet de matire du soleil suite au passage d'une comte);l 2. la Terre se consolide en une grande masse vitreuse, que l'on retrouve dans le "noyau des grandes montagnes", sortes de "boursouflures";l 3. les eaux couvrent les continents; toute l'histoire sdimentaire est contracte en une seule poque; apparition des animaux coquille dont le squelette

forme le calcaire;l 4. les eaux se retirent, provoquant le creusement des valles; dbut du volcanisme;l 5. les lphants et autres animaux du midi habitent dans les terres du nord, encore chaudes, qui ont t les premires fcondes;l 6. sparation des continents; effondrement de l'Atlantide, apparition des hommes. Poursuite du refroidissement, naissance des rennes; les glaces alpines

gagnent du terrain;l 7. naissance et dchance de grandes civilisations.

De plus, Buffon croit pouvoir dater ces poques en calculant le refroidissement de la Terre, par extrapolation partir du refroidissement d'une sphre de mtal.L'ge obtenu (75.000 ans) parat bien faible, mais il est bien plus grand que l'orthodoxie biblique (au milieu du XVIIe sicle, l'vque Usher calcule que

l'homme a t cr le 23 octobre de l'an 4004 avant J-C 9h du soir).

Un autre point fondamental de la pense de Buffon est l'irrversibilit des phnomnes dans l'histoire de la Terre. Les roches magmatiques ne se sont formesqu'une fois, tout comme les calcaires, les roches effusives, etc.

WERNER ET LE NEPTUNISME

On trouve chez l'Allemand Abraham Werner (1749-1817) deux lments marquants: le neptunisme et la gognosie. La gognosie est une mthode de travailqui influencera beaucoup la gologie moderne: un souci de classer et de nommer les terrains d'aprs leur ordre de superposition et une affirmation que cetordre correspond leur ge relatif. Werner subdivise donc les montagnes couches en douze formations qui commencent par notre Dvonien, se continuent

par le Zechstein, le Trias et se terminent par des couches englobant des basaltes et autres roches volcaniques qu'il crot sdimentaires, et enfin par la craie.L'ambition de Werner est de mettre en vidence une "colonne lithologique universelle". Cette ambition va buter contre un problme grave, c'est qu'une poquene peut tre caractrise par un dpt donn, unique (ou en d'autre terme, qu'on ne peut dater relativement les couches qu'au moyen des fossiles, et non enfonction de la lithologie). Comment Werner ne s'est-il pas rendu compte de ce qui nous semble actuellement une vidence ? En fait, Werner et tous lesneptuniens tiennent pour avr l'irrversibilit des phnomnes gologiques et postulent que l'ordre des prcipitations des matriaux de l'ocan primitif n'est

pas quelconque: les premiers dpts, disent-ils, sont faits de cristaux transparents et de grande taille (=les granites). Puis mesure que les eaux sont plus

agites, les cristaux deviennent plus petits et plus confus, noys dans un tissu lche opaque. Par ailleurs, les eaux marines s'abaissent progressivement (parvaporation, suivant Werner) et les dpts primitifs les plus levs, sdiments au sommet de bosses du globe primitif, commencent merger. Ils fournissentdes dpts mcaniques qui se joignent aux prcipits "chimiques" primordiaux et les souillent: les granites cristallins sont remplacs par des grs et desconglomrats. Remarquons aussi que les neptuniens rejettent ce qu'on appellera le principe des causes relles ("expliquer la nature ancienne par l'observationde la nature actuelle"): "Le rsidu du liquide primordial qui est la mer ne produit plus de couches minrales" (J.A. Deluc).

HUTTON ET LES PLUTONISTES

On oppose en gnral la thorie neptunienne aux ides des plutonistes. L'Ecossais James Hutton (1726-1797) est le plus clbre reprsentant de cette cole.Son systme (publi dans "Theory of the Earth", 1795) est fond sur l'action du feu ou de la chaleur souterraine auquel il attribue trois effets :

l la consolidation des sdiments;l le soulvement des strates et la formation des montagnes;l l'injection de granite l'tat liquide dans les couches.

On peut dire que sur le problme de la consolidation des sdiments (= la diagense), les neptuniens taient plus prs de la ralit que les plutonistes. On sait

actuellement que la diagense est un phnomne de prcipitation de matriaux dissous dans des conditions de faibles pression et temprature. Mais les deuxpropositions suivantes sont franchement novatrices. A l'appui de la seconde hypothse, Hutton dcrit et interprte les discordances angulaires comme rsultantde l'rosion d'un terrain pliss et son recouvrement par des strates plus jeunes (fig.2). Les discordances deviennent donc avec Hutton un moyen de reconnatreet dater les mouvements orogniques. Quant l'injection de granite l'tat fondu, ses observations en Ecosse le prouvent de manire irrvocable, rfutantl'origine aqueuse. Bien plus, ces observations montrent aussi que le granite n'est pas primordial mais postrieur aux couches dans lesquels il est inject:

"Granite, which has been hitherto considered by naturalists as beeing the original or primitive part of the earth, is now found to be posterior to thealpine schistus; which schistus, being stratified is not itself original", Observations on Granite (1794).

Un dernier lment important est l'apparition avec Hutton de la notion de cycle: l'histoire de la Terre repose sur la rptition de cycles de formation demontagnes.

Fig.2: une discordance angulaire d'aprs Hutton (1795).

CUVIER & BRONGNIART ET LA PALEONTOLOGIE STRATIGRAPHIQUE

Si la gognosie permettait de prciser l'ordre de succession des couches et si des observations intressantes faites par Deluc sur la prsence de faunes




4/13

diffrentes dans des couches d'ge diffrent ont permis d'amorcer l'usage de la palontologie stratigraphique, il manquait encore des rgles pour dterminerl'ge des couches par l'observation des fossiles organiques. C'est Georges Cuvier (1769-1832) et Alexandre Brongniart (1770-1847) que l'on doit un pasdcisif dans cette direction.

Dans l' "Essai sur la gographie minralogique des environs de Paris" (1811), les deux naturalistes constatent que les couches successives diffrent par leurnature et "surtout par les fossiles qu'on y trouve". Ce "surtout" montre l'importance naissante des fossiles. Plus tard (1821), Brongniart montre que des terrainscrtacs de France et de Pologne possdent les mmes fossiles alors que les terrains de Pologne sont classs par les Werneriens dans le Primaire sur base de lalithologie. Cela l'amne poser une question essentielle: quand le critre lithologique et le critre palontologique sont en dsaccord, lequel est le plus fiable ?

La thorie de Werner suppose une cristallisation universelle, de moins en moins crdible, car les observations de la nature actuelle montrent que les dptsvarient d'un lieu l'autre. Adieu donc la "colonne lithologique globale". Mais pour autant, l'usage des fossiles pose un problme, car la nature ne montre pasnon plus une identit de faune sur tout le globe. Cuvier rsout le problme en supposant des "rvolutions" ("Discours sur les rvolutions de la surface duglobe", 1825). Ces rvolutions seraient la consquence de catastrophes (Cuvier pense aux mammouths pris dans la glace). Reste l'explication de la rapparitionde la nouvelle faune aprs la catastrophe: Cuvier suppose qu'elle tait dj prsente ailleurs sur la Terre et qu'elle migre pour envahir de nouveaux territoires,avec le corollaire gnant de l'absence de liaison d'une faune son poque. C'est pourquoi les successeurs de Cuvier ont prfr imaginer que la destruction desespces tait gnrale et qu'elle tait suivie d'une nouvelle cration. d'Orbigny (1802-1857), crateur des "Etages", admet par exemple la cration successivedes espces chaque poque gologique. En fait, Cuvier lui-mme distinguait plusieurs poques successives, ce qui contredit sa thse des migrations et montrequ'il ne s'en contentait pas, mais voulait rester prudent compte tenu des normes implications philosophico-thologiques qu'il tenait viter. Les terrains les

plus anciens renferment des invertbrs, viennent ensuite les quadrupdes ovipares, puis les mammifres. Il faut ajouter que l'ide mme de ces crationsdrangeait tout le monde: les incroyants qui n'acceptaient pas ces actes divins, mais aussi les croyants qui avaient du mal voir Dieu s'y reprenant plusieursfois.

LYELL ET L'ACTUALISME

N en Ecosse, Charles Lyell (1797-1875) est considr comme un des pres fondateurs de la sdimentologie. C'est en grande part la consquence del'laboration de son "principe des causes actuelles" ou plutt "des causes relles" selon la traduction correcte du terme anglais "actual" ("Principles ofGeology", 1834). Ce principe postule que les causes des changements gologiques n'ont jamais t autres que celles qui se manifestent de nos jours et qu'ellesne se sont jamais manifestes avec une intensit plus grande; c'est l'exact contrepied de Cuvier. Il devient donc possible d'expliquer la gense des dpts par

une comparaison avec la nature actuelle: c'est un champ norme qui s'ouvre la recherche. Prcisons que Lyell tait aussi persuad de la grande tendue destemps gologiques (il avait observ des dpts feuillets et avait attribu leur rgularit un cycle annuel, ce qui exigeait des centaines de milliers d'annes

pour dposer l'ensemble de la formation) et que dans le domaine palontologique, il croyait un renouvellement graduel des espces. Lamarck (1744-1829)concevra la notion d'volution laquelle Darwin (1809-1882) donnera un cadre dfinitif dans son magistral travail sur l'origine des espces.

SUESS, BERTRAND ET LA FORMATION DES MONTAGNES

L'Autrichien Eduard Suess (1831-1914) fait partie d'une nouvelle gnration de gologues qui vont concilier l'actualisme et le catastrophisme en montrant qu'ct des mouvements rguliers, des phnomnes exceptionnels et plus violents construisent la face du globe ("Das Antlitz der Erde", 1883-1909). Ses efforts le

portent vers l'explication de la formation des chanes de montagne par des mouvements verticaux et galement tangentiels (il d eloppe le concept de nappe decharriage), dus un refroidissement progressif de la Terre. Ainsi, il imagine que l'Europe s'est forme suite une srie d'orogenses successives. MarcelBertrand (1847-1907), prcise l'hypothse de Suess et montre que les continents nord-amricain et europen sont forms de trois plissements successifs situssur la bordure sud d'un vieux continent qu'ils ont agrandi progressivement (il s'agit bien de nos orogenses caldonienne, hercynienne et alpine).

Suess est galement l'auteur du modle synthtique d'une Terre en plusieurs couches: un noyau de fer et nickel qu'il appelle "Nife", un manteau silico-magnsien qu'il nomme "Sima" et une crote alumino-siliceuse, le "Sial".

D'autres progrs techniques viennent ouvrir le champ des recherches en gologie au dbut du XXe sicle: ce sont le dveloppement de l'analyse des roches enlames minces par Sorby (1826-1908) et la gnralisation des analyses chimiques. Mais ct de ces perfectionnements et enrichissements, une vritabler olution se prpare qui va bouleverser la physionomie des sciences de la Terre.




5/13

Fig.3: Figures marquantes de l'histoire des sciences de la Terre: de gauche droite et de haut en bas: Stnon, Buffon, Werner, Hutton, Cuvier, Brongniart,Lyell, Suess et Wegener.

DE LA DERIVE DES CONTINENTS A LA TECTONIQUE DES PLAQUES

Il s'agit l d'une rupture considrable dans l 'histoire de la gologie. Elle est d'autant plus intressante qu'elle s'est produite au cours du sicle prcdent et queplusieurs de ses acteurs sont encore en vie. Nous allons nous y attarder quelque peu.

Les prcurseurs

S'il est indniable qu'Alfred Wegener (1880-1930) est le vritable auteur de la thorie de la drive continentale, il n'en est pas moins vrai qu'il a eu quelquesprdcesseurs.

l On trouve la premire allusion une sparation des continents bordant l'Atlantique dans un ouvrage de Snider-Pellegrini ("La cration et ses mystresdvoils", 1858). Snider est un tenant des anciennes thories catastrophistes selon lesquelles les continents se sont forms d'un seul ct de la plantelors de son refroidissement et ont migr leur place actuelle aprs le dluge. Il en donne pour preuve la similitude des ctes d'Afrique et d'Amrique duSud.




6/13

Fig.4: Reconstitution du continent primitif "d'avant le dluge" d'aprs Snider-Pellegrini.

l Darwin met l'ide en 1879 d'un mouvement latral des continents et d'un morcellement de la crote aprs son refroidissement. L'extraordinaire quantitd'nergie ncessaire ce dplacement proviendrait de l'arrachement, dans la rgion du futur ocan Pacifique, d'un norme morceau de crote terrestrequi devait donner naissance la Lune. Cette ide persiste jusqu'au dbut du XXe sicle.

l Fisher est le premier faire mention, dans son trait "Physics of the Earth's Crust" de l'existence suppose de courants de convection dans l'int rieur dela Terre. Ces courants, ascendants sous les ocans et descendants sous les continents seraient les moteurs de la drive des continents.

l La premire hypothse cohrente de la drive des continents est formule par l'Amricain F.B. Taylor. Dans un long article publi en 1910, il essaied'expliquer l'orogense. Selon lui, l'hypothse de la contraction de la Terre ne suffit pas expliquer de manire satisfaisante la rpartition et la jeunessede certaines chanes de montagnes. Il propose une sorte de fluage de la crote terrestre depuis le nord jusqu'au sud de l'Asie. Ces mouvements auraientcr l'Himalaya et le Pamir en se heurtant la pninsule indienne. A l'est, les chanes plisses auraient pu descendre librement jusqu'en Malaisie et enIndonsie. Les chanes d'Europe, orientes de faon plus complexe, seraient expliques par l'exiguit du territoire, la prsence de montagnes anciennes et

par des pousses tangentielles venues de l'est et du bloc africain. Au sujet de la dorsale mdio-atlantique, Taylor pense y trouver la ligne de rupture entrel'Afrique et l'Amrique du Sud. Contrairement Wegener, Taylor n'apporte pas de preuves son hypothse: ceci explique, au moins partiellement, le

peu de retentissement de sa thorie.

Fig.5: "Fluage des continents" d'aprs Taylor; en traits pais, les principales zones de dformation.

Wegener et la drive des continents

La formulation de la premire version scientifique de la drive des continents lui est due. C'est dit-on en 1910 que, frapp par la ressemblance des contoursctiers de l'Afrique et de l'Amrique du Sud, il conoit l'ide d'un dplacement des continents. Par la suite, i l cherche des arguments aussi bien gologiques que

paloclimatiques (n'oublions pas que Wegener est mtorologiste de formation) pouvant tayer sa thorie. Il expose ce qu'il appelle son "hypothse de travail"dans un livre publi en 1915: "Die Entstehung der Kontinent und Ozeane" et qui connat de nombreuses rditions revues et corriges successivement en 1920,1922 et 1929. Il entreprend galement de souligner les insuffisances et les contradictions de la gologie traditionnelle. En effet, le vieux modle d'une Terre en

contraction est critiquable plusieurs gards:

l l'ampleur de certains plissements ncessiterait des forces de contraction fantastiques;l puisque la contraction de la Terre doit se faire de manire sensiblement uniforme, pourquoi les montagnes ne sont-elles pas rparties uniformment sur

sa surface et se trouvent-elles concentres en des zones relativement restreintes?l de plus, les dcouvertes de l'poque sur la radioactivit des roches semblent suggrer que les pertes thermiques par rayonnement dans l'espace peuvent

tre compenses par l'chauffement des matriaux radioactifs;l Wegener refuse aussi le principe des ocans et continents interchangeables par effondrements et transgressions. Il souligne en effet que la majeure partie

des roches d'origine marine observes sur les continents sont issues de sdiments peu profonds et non de sdiments ocaniques. Les continents doiventdonc tre permanents, tout comme les bassins ocaniques.

Wegener fournit galement une impressionnante srie de donnes susceptible d'tayer sa proposition.

Des arguments gophysiques:




7/13

l aprs avoir examin statistiquement les altitudes de la surface terrestre, on s'est rendu compte que celles-ci taient rparties en deux gammes d'altitudesprincipales (fig.6), correspondant parfaitement aux deux couches prsumes, Sial, formant les continent et Sima, le fond des ocans. Ceci cadreparfaitement avec les hypothses mobilistes de Wegener, et est parfaitement incompatible avec l'ide d'effondrements et de soulvements partir d'unealtitude primitive uniforme des partisans de la Terre en contraction;

Fig.6: distribution de l'altitude des continents et des ocans.

l Wegener s'appuie galement sur la thorie de l'isostasie pour affirmer que si les continents peuvent se mouvoir verticalement, rien ne les empche de semouvoir horizontalement, condition qu'interviennent des forces suffisantes;

l des mesures godsiques semblent indiquer une drive du Groenland vers l'ouest par rapport l'Europe (mesures obtenues par positionnementastronomique ou par diffrence des temps de transmission radio.En fait, on se rendra compte plus tard que ces mesures taient fausses).

Des arguments gologiques, compltant la similitudes des ctes africaines et sud-amricaines :

l la chane plisse du Cap en Afrique semble se prolonger en Amrique, au niveau de l'Argentine;l le vieux plateau de gneiss africain offre une grande ressemblance avec celui du Brsil;l il existe des similitudes entre les couches qui datent du dbut du Msozoque de part et d'autre de l'Atlantique Sud (poque du dbut de l'ouverture de

l'Atlantique);l dans l'Atlantique Nord, les chanes caldoniennes et hercyniennes europennes se prolongent Terre-Neuve et en Nouvelle-Ecosse.

Des arguments palontologiques, justifiant son hypothse de la "Pange". En effet, les palontologues taient obligs de supposer l'existence de "pontscontinentaux" pour expliquer la similitude entre la faune et la flore de certaines parties du monde. Ces ponts se seraient effondrs dans les ocans aprs leCrtac. La gologie traditionnelle envisageait l 'existence de quatre passages: Brsil-Afrique, Australie-Inde et Afrique, Afrique du Sud-Madagascar et Inde,Europe-Amrique du Nord. Le premier pont par exemple tait attest par la prsence dans ces deux rgions d'un petit reptile terrestre (Mesosaurus). Larpartition d'autres espces a faible potentiel de dplacement (vers, espces cavernicoles) servait galement attester la prsence des ponts et du mme coup appuyer la drive continentale.

Des arguments paloclimatiques (moraines, vaporites, calcaires, charbon,) permettent Wegener de dmontrer d'importants changements dans ladisposition des continents par rapport aux ple et l'quateur:

l Entre le Carbonifre et l'poque actuelle, l'Europe passe d'un climat quatorial un climat tempr, le Spitzberg d'un climat tropical un climat polaire,l'Afrique du Sud d'un climat polaire un climat subtropical;

l On a tabli l'existence d'une calotte glaciaire dans diffrentes parties de la Pange: en Amrique du Sud, en Afrique du Sud, aux Indes et en Australie(fig.7).

L'originalit de Wegener tient donc dans sa double dmarche de critique des modles statiques et de justification "tout azimut" de son hypothse. Cependant, il

ne s'tend pas sur les causes de la drive des continents, ce qui dforcera sa position. Il suggre seulement que le mouvement des continents vers l'quateurpourrait tre d un effet gravitationnel li la forme applatie de la Terre aux ples et leur mouvement vers l'ouest la force des mares. Remarquons queWegener ne reprend pas la thorie des mouvements de convection dans le manteau mise par Fisher.




8/13

Fig.7: Les zones climatiques du Carbonifre et du Permien, d'aprs Wegener (1929). C=charbon, Gl=glace; D=grs dsertiques; S= sel; Gy= gypse.

Les ides de Wegener ont t accueillies gnralement avec hostilit. Ses dtracteurs mettaient en vidence les problmes suivants:

l pourquoi un continent gant comme la Pange est-il rest d'un seul tenant pour se morceler ensuite en peu de temps (eut gard la dure des tempsgologiques)?

l comment expliquer l'origine des phases orogniques anciennes?l comment une sphre assez rsistante pour supporter des dnivellations de l'ordre de 10 km se laisserait-elle dformer de faon importante par des forces

aussi minimes que les forces de mare?

La controverse fait fureur et pendant une quinzaine d'annes, le monde de la gologie est divis en partisans et adversaires de la drive continentale. Aprs lamort prmature de Wegener dans une tempte de neige au Groenland, l'ide perd son plus ardent dfenseur et la controverse s'attnue considrablement, avantde tomber dans l'oubli.

L'volution des ides de Wegener

On peut dire que les sciences de la Terre, l'poque de Wegener, souffrent d'une connaissance insuffisante de l'intrieur du globe (en liaison avec les moyenstechniques limits de l'poque) et d'une spcialisation trop pousse (dj!) des diffrents chercheurs. De plus, les fonds ocaniques sont pratiquementinexplors (ils ne le deviendront qu' partir de la 2e guerre mondiale). Ce sont les gophysiciens, l'intersection de la physique et de la gologie qui mnerontl'offensive contre le concept de l'corce stationnaire et qui en auront finalement raison. Les ides de Wegener sont reprise et dveloppes par plusieurschercheurs.

Du Toit et les continents baladeurs

Le gologue Sud-africain Alex Du Toit relance la thorie de la drive des continents en publiant en 1937 un ouvrage intitul "Our wandering continents". A laplace de la Pange de Wegener, Du Toit dveloppe l'ide de deux grands blocs continentaux, l'un nordique, la Laurasie et l'autre mridional, le Gondwana(nom d'ailleurs invent par Suess qui ds 1829 avait mis l'hypothse que l'Inde, l'Afrique et l'Australie formaient jadis un seul continent dont la partie centrales'taient affaisse sous l'ocan Indien). Ces deux masses continentales, taient spares par un ocan, le Tthys, progressivement referm par la drive duGondwana vers la Laurasie. L'Inde, appartenant originellement au Gondwana, s'en serait dtache et aurait heurt l'Asie, crant ainsi l'Himalaya. Lafragmentation dfinitive du Gondwana ne se serait pas accomplie avant le Crtac, mais sa cohsion aurait diminu ds le Jurassique. L'ouverture del'Atlantique Sud aurait dbut au nord au dbut du Crtac et se serait termine avant la fin de cette priode; l'Inde aurait commencer driver vers le dbut deCrtac; l'Amrique du Nord vers la fin du Jurassique. Les Alpes auraient t formes par un empitement du Gondwana sur la Laurasie.

Mais Du Toit, pas plus que Wegener, ne russit offrir une explication plausible du mcanisme qui commande la drive des continents, pas plus que del'origine des forces qui les font se mouvoir.

Holmes, Griggs, Vening Meinesz et les courants de convection

Une tentative pour proposer une explication au moteur de la drive est faite par Arthur Holmes (1945) qui reprend la vieille ide des courants de convection.Selon lui, la chaleur radioactive accumule l'intrieur de la Terre chaufferait le manteau et crerait des courants ascendants. Ce phnomne est dtaill en1939 par D.T. Griggs qui en dcrit les quatre phases: chauffement du manteau pendant environ 25 millions d'annes; monte du matriau chauff vers lasurface et descente des roches froides de la crote; ralentissement du mouvement convectif aprs environ 10 MA; arrt du courant, la radiactivit rchauffe lesroches froides et la crote se refroidit progressivement. Holmes a l'intuition que ces courants, s'ils existent, pourraient fragmenter un continent primordial etque ses fragments s'carteraient jusqu' ce qu'ils soient entrans par un courant descendant. Holmes et Griggs supposent que les fosses ocaniques pourraienttre le lieu o se manifestent ces courants descendants.

Tout ceci s'appuie en fait sur les observations d'un gophysicien hollandais, Felix Vening Meinesz qui a l'ide vers 1923 de mesurer la gravit sous les ocansen installant son pendule dans un sous-marin. Contrairement ce que pr oit la thorie, il constate que la pesanteur est plus faible au niveau des fosses




9/13

ocaniques, alors que l'on se trouve plus prs des roches denses du manteau. Pour expliquer cette anomalie, il suppose que des forces importantes tirent lacrote terrestre lgre au sein du manteau.

Ewing, Menard, Bullard et l'exploration des dorsales ocaniques

Le gophysicien Maurice Ewing applique vers 1934 les mthodes sismiques l'exploration des fonds ocaniques. Dans sa foule, la topographie du fond desocans commence tre connue et les dorsales ocaniques, ces montagnes sous-marines dont on connaissait vaguement l'existence, deviennent l'objet del'attention des chercheurs. Henry Menard remarque que la position des dorsales n'est pas fortuite, mais qu'elles sont (sauf dans le Pacifique) situes mi-distance des continents. Marie Thorp, qui examine des profils des dorsales dcouvre une mystrieuse dpression, continue tout le long de la dorsale mdio-Atlantique. Bruce Meizen et Maurice Ewing constatent que la mme dpression suit la crte de la plupart des dorsales du monde.

Sir Edward Bullard mesure le flux de chaleur au milieu de la dorsale mdio-Atlantique et constate qu'il est de deux huit fois plus lev qu'ailleurs. Par contre,au niveau des fosses ocaniques, le flux de chaleur est dix fois moins lev que la normale.

Dans un autre domaine encore, des donnes s'accumulent: celui de la magntisation des roches. Lorsque les laves refroidissent sous le "point de Curie", lesparticules magntiques sont figes dans la direction et l'inclinaison du champ magntique terrestre. Or, ce n'tait pas le cas pour toute une srie de roches dufond ocanique. On pouvait en tirer deux conclusions: ou bien les ples ne se trouvaient pas au mme endroit que maintenant l'poque de la formation de cesroches, ou bien les roches avaient chang de place par rapport aux ples actuels. En acceptant la seconde hypothse, on revenait aux thories de Wegener enleur fournissant des arguments essentiels. Ainsi, vers 1960, les mobilistes se trouvent en prsence d'une masse de donnes nouvelles suggrant une mobilitcontinentale.

Hess et l'expansion des fonds ocaniques

A ces arguments gophysiques, Harry Hess ajoute des observations gologiques: la faible paisseur des sdiments ocaniques: au taux auquel ils se dposentactuellement, la totalits des sdiments ocaniques a d tre dpose au cours des derniers 100 MA. Mais cela ne reprsente que 2% de l'histoire de la Terre.Qu'en est-il des sdiments plus anciens ? Hess constate aussi que l'ge des guyots et des laves augmente en proportion de leur loignement des dorsales. Lasituation mdiane de la dorsale atlantique n'tait donc pas le fruit du hasard et il devenait plausible que l'cartement des deux continents avait commenc lacrte de la dorsale. En appliquant le systme des courants de convection cet ensemble d'observation, Hess est en mesure de proposer l'hypothse de

l'expansion des fonds ocaniques.

Presque au mme moment (1961-1962), Robert Dietz publie un article contenant des ides trs proches de celles de Hess: le fond ocanique se cre l'endroitdes dorsales o des courants de convection font remonter du matriel chaud; la nouvelle crote s'carte progressivement de part et d'autre de la dorsale et estsubducte au niveau des fosses ocaniques. Les continents, plus lgers, ne disparatraient jamais dans le manteau. Hess conclut en insistant sur le fait que lesfonds ocaniques sont des formations temporaires tandis que les continents sont permanents, bien qu'ils soient perptuellement morcels et ressouds.

Vine, Matthews, Cox, Doell, Dalrymple et les anomalies magntiques

Ronald Mason est un des premiers tablir une carte des anomalies magntiques au large de la Californie. Curieusement, ces anomalies se disposaient sous laforme de bandes positives-ngatives parallles aux dorsales (fig.8). Par la suite, Fred Vine & Drummond Matthews travaillent sur ces anomalies et proposentdeux hypothses:

l la thorie de l'expansion des fonds ocaniques est correcte et le fond marin se renouvelle continuellement l'endroit des dorsales sous-marines;l il existe une inversion priodique du champ magntique terrestre.

Ces deux hypothses leur permettent de proposer un mcanisme par lequel les inversions priodiques du champ magntique sont enregistres en bandessuccessives au fur et mesure que de nouveaux fonds sont crs au niveau de la dorsale, s'imprgnent de la direction du champ rgnant l'poque et s'cartentde son axe (1963).Trois autres chercheurs, Allan Cox, Richard Doell et Brent Dalrymple datent par la mthode de datation radiomtrique K-Ar, deschantillons de laves et constatent que les inversions magntiques concident avec des priodes dtermines de l'histoire de la Terre. Ils tablissent ainsi pourles derniers 3,5 MA, l'existence d'au moins neuf inversions du champ magntique.

Un des rsultats du travail de ces chercheurs est un renouvellement de l'intrt pour l'hypothse de l'expansion des fonds ocaniques et plusieurs scientifiquess'associent Vine & Matthews pour tudier d'autres profils magntiques, notamment dans le Pacifique au sud-ouest de l'le de Vancouver. C'est l que lathorie des anomalies magntiques est soumise un test srieux car, dans cette zone, les bandes ne paraissent pas ordonnes ni symtriques. Peu avant,Menard et John Tuzo Wilson avaient dcouvert que la faille de San-Andreas avait occasionn dans l'ocan le hachement de la dorsale qui avait ainsi cessd'exister en tant que chane ininterrompue de montagnes. Les diffrents secteurs de la dorsale se trouvant dplacs les uns par rapport aux autres, Vine etWilson localisent ces fragments de dorsale et parviennent reconstituer le puzzle magntique dplac par la faille. De plus, ils montrent, en supposant unevitesse d'expansion de 3 cm par an, que les bandes magntiques concident avec l'chelle des inversions magntiques de Cox et Dalrymple.

Cette convergence de donnes est peut-tre l'lment qui provoque ensuite un ralliement de la majorit de la communaut scientifique la nouvelle thorie.




10/13

Fig.8: exemple de carte des anomalies magntiques de part et d'autre d'une dorsale (en haut) et exemple de profil magntique avec son interprtation dans lecadre de l'hypothse de Vine & Matthews.

La tectonique des plaques

Vers la fin des annes soixante, la thorie de la tectonique des plaques prend une forme "dfinitive". Elle est le fruit des travaux que nous avons voqu et desrflexions de Mc Kenzie & Parker (1967), Morgan (1968) et Le Pichon (1968). Son importance dans les sciences de la Terre est norme: elle est devenue lecadre conceptuel dans lequel s'inscrivent la plupart des phnomnes gologiques: formation des chanes de montagne, minralisations, volution des margesocaniques, etc.

Plusieurs propositions sous-tendent la thorie:

l une diffrence rhologique permet le dcouplage entre l'asthnosphre et la lithosphre. La lithosphre comprend la crote et la partie superficielle du

manteau; elle est peu dformable et paisse d'une centaine de km. L'asthnosphre comprend le reste du manteau et est ductile;l la lithosphre rigide est constitue d'un certain nombre de plaques, mobiles les unes par rapport aux autres et dont les frontires correspondent aux zones

sismiques;l les plaques prennent naissance au niveau des dorsales ocaniques et disparaissent par subduction au niveau des plans de Benioff; les failles

transformantes sont des frontires o deux plaques se dplacent l'une par rapport l'autre (fig.9);l les plaques sont animes de mouvements horizontaux suite des phnomnes convectifs affectant le manteau et de mouvements verticaux par

rajustement isostatique (disparition de glace, rosion,)

Fig.9: la tectonique des plaques et ses lments essentiels.

LE MOUVEMENT DES PLAQUES

La reconstitution du mouvement des plaques dans le pass est devenue rapidement une proccupation essentielle des chercheurs impliqus dans l'laborationde l'histoire de la Terre. Cette reconstitution s'appuie sur la juxtaposition des contours des continents, sur l'tude des anomalies magntiques des fondsocaniques (parallles aux anciennes dorsales et de largeur proportionnelle la vitesse de cration de la plaque) et sur la gomtrie des failles transformantes.




11/13

Mouvements relatifs et mouvements absolus

Le mouvements de deux plaques la surface de la Terre peut tre dcrit de deux faons: soit partir d'un repre fixe (mouvement absolu); soit par rapport unrepre li l'une des deux plaques (mouvement relatif). Il faut noter que si l 'on connat le mouvement absolu de deux plaques, il est possible de dduire leurmouvement relatif, mais que la connaissance des mouvements relatifs de plusieurs plaques ne permet pas de dduire leur mouvement absolu.

La nature des mouvements la frontire de deux plaques dpend de la diffrence de leur vitesse: ainsi, deux plaques peuvent avoir un dplacement absolu dansune mme direction, mais si l'une est plus rapide que l'autre, une zone de subduction ou une dorsale peuvent tre cres, selon leur disposition. Ceci souligne lefait que les frontires de plaques sont mobiles la surface de la Terre ( titre d'exemple, la plaque afrique est entoure de dorsales, sauf sur sa bordure nord.Cette plaque s'agrandit donc, et les dorsales qui l'entourent sont ncessairement mobiles).

On utilise en gnral le rfrentiel des points chauds pour reconstituer le mouvement absolu des plaques. Les points chauds sont des alignements de volcans,lis des remontes de matriel chaud d'origine profonde (Hawaii, Runion, Maldives,). Ces panaches sont fixes dans un repre li au globe. La datationradiomtrique des laves fournit le calage temporel. A noter que la superposition de points chauds et de dorsales ne sont pas rares: dans l'Atlantique, c'est le casde l'Islande et des Aores.

Mouvement des plaques sur le globe

Le mouvement des plaques sur le globe peut tre dcrit comme une suite de rotations autour d'un ou de plusieurs axes eulriens (axes passant par le centre dela Terre). On n'a donc besoin que de la latitude et de la longitude des ples des axes successifs et des vitesses angulaires de rotation pour reconstituer lemouvement des plaques au cours du temps. Il faut remarquer que si la vitesse angulaire est constante en tout point de la plaque, ce n'est pas le cas de la vitesselinaire, qui est maximale au niveau de l'quateur eulerien et dcrot en direction des ples euleriens o elle est nulle (donc, par exemple, la vitesse d'accrtion l'axe d'une dorsale sparant deux plaques varie en fonction de la distance au ple de la rotation). Un cas particulier est celui de plaques dont l 'axe de rotationest externe: dans ce cas, aucun point de la plaque n'a une vitesse nulle (fig.10).

Pratiquement, la reconstitution s'effectue sur base des cartes des anomalies magntiques (isochrones). On referme le domaine ocanique par tapes successivesen amenant en concidence les isochrones. L'tude des zones de fracture permet aussi de contraindre la gomtrie des dplacements, puisque ce sont des petitscercles centrs sur le ple eulrien (fig. 10).

Fig.10: dplacement de la plaque Pacifique, mouvement absolu, mouvements relatifs. D'aprs Pomerol et al. (2000).

Les mouvements actuels des plaques

Ces mouvements sont issus de donnes de godsie spatiale ou satellitaire. Anciennement, ils taient estims sur la base d'une moyenne des dplacements desplaques sur les trois derniers millions d'annes. Le modle actuellement utilis est un modle en 16 plaques d De Mets et ses collaborateurs (1990) (modleNUVEL-1, fig.11). Il s'agit cependant d'un modle de mouvements relatifs et pour obtenir un modle absolu, il faut utiliser les points chauds. Actuellement,

on utilise en gnral le modle de Gripp & Gordon, version "absolue" du modle NUVEL-1.




12/13

Fig. 11: rpartition et mouvement relatif des plaques lithosphriques.Les flches jaunes soulignent les convergences, les flches rouges, les divergences et lesflches noires, les coulissages.La longueur des flches est proportionnelle la vitesse des plaques. Ph: plaque Philippines; Co: plaque Cocos; Ca: plaque

Carabes. D'aprs Pomerol et al. (2000).

L'origine du mouvement des plaques et le cycle de la lithosphre

On associe gnralement le mouvement des plaques un effet d'entranement par des courants convectifs du manteau terrestre. Un problme se posenanmoins, c'est l'existence du dcouplage lithosphre-asthnosphre qui devrait diminuer l'efficacit de cet effet d'entranement. D'autres forces sontcependant en jeu, dont l'injection de matriel frais au niveau des dorsales qui provoquerait une pousse horizontale des plaques.

A l'chelle de l'histoire de la Terre, la reconstitution du mouvement des plaques donne lieu des modles ou cycles, faisant alterner des priodes o lescontinents sont disloqus et des priodes o les continents sont runis en une masse super-continentale (Pange). En effet, on peut considrer que touteouverture ocanique doit tre compense par une convergence (rayon constant de la Terre) et que deux continents spars par une ouverture ocaniquefusionneront nouveau, isolant entre eux un lambeau de lithosphre ocanique. Les continent ne pouvant tre subducts se rassembleraient ainsi

priodiquement dans l'histoire de la Terre. On a donn le nom de "cycle de Wilson" (du nom de Tuzo Wilson dont nous avons parl plus haut) au cycledmarrant par un nouveau rift, se poursuivant par la cration de plaque ocanique et la subduction et se terminant par la collision continentale. Un tel cycle

pourrait durer de 300 500 MA. Le dernier cycle a aboutit la constitution de la Pange, il y a 280 MA, dont l'clatement n'est pas encore achev de nos jours,ce qui se marque dans le visage actuel de notre plante par l'existence d'un "hmisphre continental" et d'un "hmisphre ocanique". Reconstitution dudplacement des masses continentales durant le Palozoque et le Msozoque.

Pour en savoir plus:

D'un point de vue historique:

l F.Ellenberger, 1994.Histoire de la Gologie (tomes 1 & 2), Lavoisier Technique et Documentation, Paris, 352 & 381 pp. (Ouvrage monumental, rfrence oblige, avec nombreux extraits des textes anciens);l G.Gohau, 1987.Histoire de la Gologie, Editions La Dcouverte, Paris, 259 pp. (Trs bon ouvrage galement, plus concis et facile lire que le prcdent);l A.Hallam, 1976.Une rvolution dans des sciences de la Terre: de la drive des continents la tectonique des plaques.Le Seuil, Paris, 184 pp.(Introduction l'histoire de la tectonique des plaques).

Des ouvrages de gologie gnrale:

l C.Pomerol, Y.Lagabrielle & M.Renard, 2000.Elments de gologie, Dunod, Paris, 746 pp.l A.Brahic, M.Hoffert, A.Schaaf & M.Tardy, 1999.Sciences de la Terre et de l'Univers, Vuibert, Paris, 634 p

F.Boulvain, 2005

AUTRES COURSENLIGNE:

cartographie gologique

gologie de la Wallonie

excursions

processus sdimentaires

sdimentologie

complments de ptrologie sdimentaire

notes de TP de ptrologie sdimentaire




13/13

On consultera galement l'excellent cours de gologie de P-A.Bourque:http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/intro.pt/planete_terre.html

Ptrologie sdimentaire| Recherche| Enseignement| Publications| Autre chose...

Homepage Universit de Lige: http://www.ulg.ac.beHomepage Facult des Sciences:http://www.ulg.ac.be/facsc/Homepage Gologie:http://www.ulg.ac.be/geolsed/geologie

Responsable du site: [email protected] de dernire mise jour : 15/12/2006Ptrologie sdimentaire, B20, Universit de Lige, B-4000 Lige


Breve Geologie

Documents

Transcript of Breve Geologie