Tectonique des plaques et dynamique du manteau

L'enveloppe externe rigide de la Terre est fragmentée en plaques qui se déplacent sur le manteau en convection, interagissant au niveau des dorsales, des fosses et des failles transformantes pour générer la majeure partie des séismes, du volcanisme et de l'orogenèse de la planète.

Definition

La tectonique des plaques est la théorie selon laquelle la lithosphère terrestre est divisée en plaques rigides se déplaçant les unes par rapport aux autres sur l'asthénosphère, la déformation étant concentrée à leurs limites, sous l'effet de forces issues de la convection mantellique.

Scope

Ce sujet aborde la théorie de la tectonique des plaques et son lien avec la dynamique du manteau : la cinématique des plaques rigides en mouvement sur une sphère, les trois types de limites (divergentes, convergentes et transformantes), l'expansion des fonds océaniques et la subduction, ainsi que la description du mouvement relatif des plaques par les pôles d'Euler. Il traite des forces motrices des plaques, notamment la traction de la dalle (slab pull) et la poussée des dorsales (ridge push), du cycle de Wilson d'ouverture et de fermeture des océans, et du lien entre le mouvement des plaques en surface et le flux mantellique sous-jacent. L'accent est mis sur la cinématique et la dynamique du mouvement des plaques.

Core questions

• Comment le mouvement des plaques rigides sur une sphère est-il décrit cinématiquement ?
• Quels processus se produisent aux limites de plaques divergentes, convergentes et transformantes ?
• Quelles forces animent le mouvement des plaques, et quelle est l'importance relative de la traction de la dalle (slab pull) par rapport à la poussée des dorsales (ridge push) ?
• Comment le mouvement des plaques en surface est-il lié à la convection dans le manteau ?

Key concepts

• Plaques lithosphériques et asthénosphère
• Limites divergentes, convergentes et transformantes
• Expansion des fonds océaniques et subduction
• Pôles d'Euler et mouvement relatif des plaques
• Traction de la dalle (slab pull), poussée des dorsales (ridge push) et cycle de Wilson

Key theories

Cinématique des plaques rigides sur une sphère

McKenzie et Parker, ainsi que Morgan indépendamment, ont montré que les mouvements des plaques peuvent être décrits comme des rotations rigides autour de pôles d'Euler sur une sphère, fournissant un cadre cinématique précis qui a unifié l'expansion des fonds océaniques, les failles transformantes et la dérive des continents au sein de la tectonique des plaques.

Traction de la dalle (slab pull) et forces motrices des plaques

La force dominante agissant sur la plupart des plaques est la traction gravitationnelle des dalles subductrices froides et denses, complétée par la poussée des dorsales (ridge push) provenant des centres d'expansion surélevés, intégrant ainsi le mouvement des plaques aux plongements de la convection mantellique.

Mechanisms

Une nouvelle lithosphère se forme et s'étend au niveau des dorsales médio-océaniques, se refroidissant et s'épaississant avec l'âge jusqu'à ce que, suffisamment dense, elle s'enfonce dans les zones de subduction ; la flottabilité négative de la dalle plongeante tire la plaque arrière tandis que la dorsale surélevée pousse par l'arrière, et ces forces, couplées à l'écoulement visqueux du manteau, déterminent les vitesses des plaques, la déformation et la sismicité étant concentrées aux limites entre les intérieurs rigides des plaques.

Clinical relevance

La tectonique des plaques explique la distribution mondiale des séismes, des volcans et des chaînes de montagnes, encadre l'évaluation des risques sismiques et volcaniques à long terme, et rend compte de la localisation de nombreuses ressources minérales, hydrocarbonées et géothermiques.

History

S'appuyant sur la dérive des continents de Wegener et l'expansion des fonds océaniques de Hess, la reconnaissance des failles transformantes par Wilson au milieu des années 1960 et les formulations des plaques rigides par McKenzie, Parker, Morgan et Le Pichon ont établi la tectonique des plaques, la théorie unificatrice de la Terre solide, en quelques années.

Key figures

• Dan McKenzie
• Jason Morgan
• John Tuzo Wilson
• Xavier Le Pichon

Seminal works

• mckenzie1967
• morgan1968
• turcotte2014

Frequently asked questions

Quels sont les trois principaux types de limites de plaques ?

Les limites divergentes, où les plaques s'éloignent et où de la nouvelle croûte se forme, comme au niveau des dorsales médio-océaniques ; les limites convergentes, où les plaques entrent en collision et l'une peut subducter sous l'autre ; et les limites transformantes, où les plaques glissent horizontalement l'une par rapport à l'autre, comme le long de la faille de San Andreas.

Pourquoi la plupart des séismes se produisent-ils aux limites des plaques ?

Les intérieurs des plaques sont relativement rigides et se déplacent presque comme des unités, de sorte que le mouvement relatif est principalement accommodé à leurs bords, où les contraintes s'accumulent et se libèrent sous forme de séismes ; cela concentre la sismicité dans des ceintures étroites qui tracent les limites des plaques.