Le moteur de la dérive des continents se trouve au fond des océans. Ce chapitre explique comment les roches enregistrent le champ magnétique terrestre, comment les inversions de ce champ ont laissé des bandes magnétiques symétriques de part et d'autre des dorsales, et comment Harry Hess en a déduit l'expansion des fonds océaniques. Il faut savoir raisonner sur un profil d'anomalies magnétiques et calculer une vitesse d'expansion : ce sont les exercices classiques du module.
1. Le champ magnétique terrestre et son enregistrement
La Terre se comporte comme un gigantesque aimant dont le champ est engendré par les mouvements du fer liquide du noyau externe (effet dynamo). Ce champ est défini en tout point par sa déclinaison (angle avec le nord géographique) et son inclinaison (angle avec l'horizontale, nulle à l'équateur magnétique et de 90° aux pôles). Ce dernier paramètre permet de retrouver la paléolatitude d'une roche. Certains minéraux, notamment la magnétite (Fe3O4), sont ferromagnétiques : lorsqu'une lave refroidit sous la température de Curie (environ 580 °C pour la magnétite), ses cristaux acquièrent une aimantation thermorémanente parallèle au champ du moment. La roche conserve ensuite cette aimantation fossile, comme une boussole figée.
Les roches sédimentaires enregistrent aussi le champ (aimantation détritique, par orientation des grains magnétiques lors du dépôt). En mesurant l'aimantation de roches d'âges différents, on reconstitue la position ancienne du pôle magnétique : c'est le paléomagnétisme, qui a fourni au chapitre précédent la preuve du mouvement des continents.
2. Les inversions du champ magnétique
L'étude des coulées de lave superposées a révélé une découverte majeure : au cours des temps géologiques, le champ magnétique s'est inversé à de nombreuses reprises, le pôle Nord magnétique devenant pôle Sud et réciproquement. Une période de polarité identique à l'actuelle est dite normale, une période de polarité opposée est dite inverse. Les inversions sont irrégulières, tous les quelques dizaines à centaines de milliers d'années ; la dernière date d'environ 780 000 ans. La succession datée des polarités constitue l'échelle magnétostratigraphique, dont les grandes époques portent les noms de physiciens : Brunhes (normale, actuelle), Matuyama (inverse), Gauss (normale), Gilbert (inverse).
3. Les anomalies magnétiques des dorsales
Les dorsales médio-océaniques forment une chaîne sous-marine continue de plus de 60 000 km, avec un relief axial (rift) d'où s'épanchent des basaltes. Dans les années 1960, les levés magnétiques réalisés par bateau ont révélé des bandes d'anomalies magnétiques parallèles à l'axe des dorsales : lorsque l'aimantation fossile du basalte s'ajoute au champ actuel, l'anomalie est positive ; lorsqu'elle s'y oppose (polarité inverse), elle est négative. Le point capital est la symétrie de ces bandes de part et d'autre de la dorsale, et leur correspondance exacte avec l'échelle des inversions établie sur les continents.
En 1963, Vine et Matthews expliquent cette symétrie : le basalte formé à l'axe enregistre la polarité du moment, puis s'écarte de la dorsale de chaque côté, tandis qu'un nouveau basalte se met en place au centre. Les fonds océaniques fonctionnent comme un double enregistreur magnétique. Connaissant l'âge d'une anomalie et sa distance à l'axe, on calcule la vitesse d'expansion : distance / durée, soit environ 1 cm/an par flanc pour une dorsale lente comme la dorsale médio-atlantique, jusqu'à 8 à 10 cm/an pour la dorsale est-pacifique, rapide.
4. L'expansion des fonds océaniques (Hess, 1962)
L'océanographe américain Harry Hess propose en 1962 le modèle de l'expansion des fonds océaniques (sea-floor spreading). Les dorsales sont le lieu de formation d'une croûte océanique nouvelle par remontée et fusion partielle du manteau ; cette croûte s'écarte de l'axe, vieillit, se refroidit, s'enfonce et est finalement recyclée dans le manteau au niveau des fosses océaniques. Les continents ne « flottent » pas sur les fonds océaniques comme le pensait Wegener : ils sont portés passivement par le tapis roulant lithosphérique. Le moteur est la convection du manteau, courant ascendant sous les dorsales, descendant sous les fosses.
5. Les confirmations de l'expansion
Plusieurs observations indépendantes confirment le modèle. L'âge des fonds océaniques, déterminé par forage (programmes JOIDES puis DSDP à partir de 1968) et par les fossiles des premiers sédiments, augmente régulièrement en s'éloignant de la dorsale et ne dépasse nulle part environ 180 Ma : les océans sont jeunes par rapport aux continents. L'épaisseur des sédiments, presque nulle à l'axe, croît avec la distance. Le flux de chaleur est maximal à l'axe des dorsales, et la profondeur du plancher augmente avec son âge par refroidissement thermique. Enfin, les séismes superficiels se concentrent sur l'axe des dorsales, et les chaînes de volcans de points chauds (Hawaï) s'allongent dans le sens du déplacement de la plaque, avec des âges croissants.
Écart entre la valeur du champ magnétique mesurée au-dessus d'une roche et la valeur théorique du champ actuel ; positive si l'aimantation fossile de la roche est de même sens que le champ actuel, négative si elle est de sens inverse.
Relief sous-marin allongé, parcouru par un rift axial, où se forme en permanence de la croûte océanique basaltique par accrétion ; limite de plaques divergente.
| Wegener (1912) | Hess (1962) | |
|---|---|---|
| Ce qui bouge | Les continents (sial) sur le sima | Toute la lithosphère, continents portés |
| Moteur | Rotation de la Terre, marées | Convection du manteau |
| Rôle des océans | Passif | Création aux dorsales, destruction aux fosses |
| Preuves | Puzzle, fossiles, glaciations | Anomalies magnétiques, âge des fonds, flux de chaleur |
Dérive des continents vs expansion océanique
- Les basaltes acquièrent une aimantation thermorémanente sous la température de Curie et enregistrent la polarité du champ.
- Le champ magnétique s'est inversé de nombreuses fois : époques Brunhes (normale, actuelle), Matuyama, Gauss, Gilbert.
- Les anomalies magnétiques des dorsales sont symétriques par rapport à l'axe (Vine et Matthews, 1963).
- Vitesse d'expansion = distance à l'axe / âge de l'anomalie : de 1 cm/an (Atlantique) à environ 10 cm/an (Pacifique).
- Hess (1962) : la croûte océanique se forme aux dorsales et disparaît aux fosses ; les fonds n'ont jamais plus de 180 Ma.
L'exercice type est un profil d'anomalies magnétiques ou une carte de l'âge des fonds : on te demande d'identifier la symétrie, de la relier à l'échelle des inversions et de calculer une vitesse d'expansion (attention aux unités : km et Ma donnent des mm/an, et distingue la vitesse par flanc de la vitesse totale d'ouverture). Sache aussi expliquer en une phrase pourquoi les fonds océaniques ne dépassent pas 180 Ma alors que les continents ont plus de 2 Ga.