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La géologie : sur quoi marchons-nous ?

Fonctionnement de la Terre

La tectonique des plaques décrit le fonctionnement interne de la Terre. Elle révèle en surface la convection qui agit dans le manteau terrestre.
La Terre possède une chaleur importante par radioactivité et accrétion initiale. Elle se refroidit en surface évacuant la chaleur selon trois modes : conduction thermique, convection et transfert radiatif. La convection est induite par remplacement des roches chaudes moins denses du manteau par les roches plus froides et plus denses, de la croûte (Archimède). Ces mouvements très lents (1 à 13 cm/an) sont facilités par la lubrification de l'eau de mer et des sédiments, qui réduisent les frottements.
Ainsi la lithosphère, couche externe de la croûte, est découpée en plaques rigides qui se déplacent sur l'asthénosphère plus ductile. La Terre étant une sphère de rayon constant, la divergence d'un bord de plaque est compensée par une convergence de l'autre bord.

Les 14 plaques principales, océaniques et continentales interagissent comme suit :
- Soit une plaque se fracture sous l'effet de la convection et les deux parties divergent. Si la plaque est continentale, un rift se développe qui aboutira à un ocean. Si la plaque est océanique, les laves du manteau remontent continuellement par la faille en se solidifiant. Sur des milliers de kilomètres, les failles constituent les dorsales océaniques, traversées de multiples failles perpendiculaires et de volcans (visibles en Islande, en Mer Rouge prolongement du rift est-africain).
- Soit deux plaques convergent. La plaque océanique peu épaisse plonge sous la forte plaque continentale : c'est la subduction, accélérée par le poids de la plaque plongeante. En corollaire la plaque continentale est soulevée : c'est l'orogénèse. Les roches enfouies et métamorphisées par la pression provoquent des séismes et tsunamis jusqu'à 400 km de profondeur. Elles sont finalement recyclées dans le manteau.
- Soit deux plaques continentales convergent. Affrontement titanesque duquel surgissent les plus hautes montagnes.
- Soit deux plaques surtout continentales glissent l'une contre l'autre. Ce coulissage est accompagné de séismes et volcanisme (faille de San Andreas en Californie, faille nord-anatolienne en Turquie).


   

Subduction : la formation des continents

Alors que la croûte continentale est formée de granite et roches associées, la croûte océanique est formée de basalte et gabbro. Une fosse océanique étroite et profonde existe en bordure de subduction. Les sédiments océaniques portés par la plaque chevauchée sont rabotés et entassés en écailles superposées (prisme d'accrétion).
La croûte subduquée est saturée d'eau qui diminue la température de fusion des roches de 1.200 à 800 °C. Un magma se forme qui, moins dense, remonte soit en volcanisme de cordillère ou d'arc insulaire, soit de granite plutonique. Les continents se forment.

Obduction

C'est le chevauchement de la croûte continentale par la croûte océanique, phénomène inverse de la subduction. Le continent ne peut pas plonger dans le manteau car sa densité est plus faible. Les contraintes augmentent et le fond océanique est charrié sur le continent. Les nappes de charriage (ophiolites) peuvent s'étaler sur des centaines de kilomètres et vingt à trente kilomètres d'épaisseur. L'obduction dénote souvent une collision continentale.

Orogénèse

Littéralement "naissance des montagnes", incluant l'érosion et la disparition des reliefs. Elle est due à deux types de collision :
- Collision entre deux plaques continentales à la vitesse de quelques cm/an. Les plaques se soudent au contact. Les sédiments sont transporté en hauteur et forment des chaînes de montagnes plissées et faillées. Les montagnes issues d'un tel processus s'appellent chaînes alpines : l'Inde percute l'Asie il y a 65 Ma à la vitesse de 20 cm par an et l'Himalaya surgit, les Alpes, les chaînes de l'Atlas se soulèvent... Des nappes de charriage peuvent aussi déplacer horizontalement de grands volumes.

   

- Subduction par convergence entre deux plaques océaniques avec formation d'un arc volcanique explosif de compression, ou entre une plaque océanique et une continentale avec création d'une cordillère comme les chaînes péri-pacifiques.

   

Dès leur apparition les montagnes sont soumises à l'érosion. Après quelques dizaines de Ma, elles sont réduites en pénéplaines. Mais leur abaissement est ralenti par isostasie, ou équilibrage permanent des masses qui "flottent" sur l'asthénosphère (Archimède). La racine de la chaîne remonte car le poids qui l'enfonçait disparaît.

Les orogénèses de la Terre

L'histoire de la Terre distingue quatre phases :
- Premier cycle assyntique pendant le précambrien il y a plus de 570 Ma. Les plus anciens fossiles datent de 600 Ma ; les montagnes formées alors n'ont pas laissé de traces.
- Deuxième cycle calédonien entre 420 et 380 Ma : Terre-Neuve, les montagnes scandinaves, les plateaux écossais, le Groënland. On parle de pénéplaines.
- Troisième cycle hercynien entre 360 et 295 Ma ; un seul continent, la Pangée. Il en reste l'Oural, les Appalaches, le Massif central, les massifs du Nord-Est australien, l'Altaï.
- Quatrième cycle alpin toujours en cours, a commencé il y a 200 Ma avec l'ouverture de l'océan Atlantique.
L'orogénèse se manifeste à nous par des événements brusques, tremblements de terre, éruptions volcaniques...