Qu’est-ce que vous mettriez sur votre liste des grandes percées scientifiques du 20e siècle ?
La relativité générale ? La mécanique quantique ? Quelque chose à voir avec la génétique, peut-être ?
Une découverte qui devrait figurer sur la liste de tout le monde est la tectonique des plaques – la description de la façon dont l’enveloppe extérieure rigide de notre planète (sa lithosphère) se déplace et est recyclée.
La théorie célèbre son 50e anniversaire cette année et certains des acteurs clés qui ont mis en place ce cadre sont actuellement à Londres pour marquer l’occasion avec une conférence spéciale à la Geological Society.
Les vraies grandes idées en science ne semblent pas seulement brillamment simples et intuitives lorsqu’elles sont mises en évidence, elles ont aussi ensuite ce pouvoir extraordinaire de répondre à tant d’autres questions dans la Nature.
La tectonique des plaques en est un parfait exemple.
- Vue spatiale des roches magnétiques de la Terre
- Cartographie de la lente déformation de la surface de la Terre
- Un satellite de gravité sonde la Terre profonde
Elles nous disent pourquoi l’Himalaya est si haut ; pourquoi le Mexique connaît des tremblements de terre dommageables ; pourquoi l’Australie a développé un groupe diversifié de marsupiaux ; et pourquoi l’Antarctique est entré dans un gel profond.
Mais lorsque vous êtes à l’intérieur de la bulle, essayant de faire en sorte que tous les éléments de preuve s’intègrent dans un récit cohérent – la solution semble très loin d’être évidente.
« Nous n’avions aucune idée de la cause des tremblements de terre, des volcans et des choses de ce genre », se souvient Dan McKenzie. « Il est extraordinairement difficile aujourd’hui de se remettre dans l’état d’esprit qui était le nôtre lorsque j’étais étudiant. Et bien sûr, les idées que j’ai émises sont maintenant enseignées à l’école primaire. »
McKenzie est considéré comme l’un des architectes de la théorie moderne de la tectonique des plaques.
En 1967, il a publié dans la revue Nature un article intitulé « Le Pacifique Nord : An Example of Tectonics on a Sphere » avec Robert Parker, un autre diplômé de l’université de Cambridge.
Il s’appuyait sur une série de découvertes d’après-guerre pour brosser un tableau convaincant de la façon dont le plancher océanique de cette partie du globe était capable de se déplacer, un peu comme un pavé incurvé, déclenchant des tremblements de terre là où il interagissait avec les autres grandes dalles de roche solide recouvrant la Terre.
Bien que considéré comme un moment « aha ! », il s’agissait en fait d’une longue course jusqu’à ce point, avec un groupe de scientifiques engagés, tous sprintant et trempant pour la ligne en 1966/67/68.
L’histoire remonte à 1915 à Alfred Wegener, l’explorateur polaire et météorologue allemand, que nous associons le plus à l’idée de la dérive des continents.
Wegener voyait bien que les continents n’étaient pas statiques, qu’ils avaient dû se déplacer au fil du temps, et que les côtes de l’Amérique du Sud et de l’Afrique avaient un air suspect, comme si elles avaient été autrefois réunies. Mais il n’a pas réussi à concevoir un mécanisme convaincant pour entraîner ce mouvement.
Il a vraiment fallu attendre la Seconde Guerre mondiale et les technologies qu’elle a engendrées, comme les échosondeurs et les magnétomètres. Développées pour traquer les sous-marins et trouver les mines, ces capacités ont été mises à contribution en temps de paix pour étudier les propriétés des fonds marins. Et ce sont ces investigations qui ont révélé comment les plaques se fabriquent au niveau des dorsales médio-océaniques et se détruisent sur leurs marges où elles enfoncent les continents.
« La tectonique des plaques vient vraiment des océans. C’est à ce moment-là que nous avons découvert les dorsales océaniques, les zones de subduction et les failles transformantes, et ainsi de suite », a déclaré John Dewey, de l’Université d’Oxford, un autre de ces scientifiques qui sprintent. « Dans les années soixante, il y avait cette augmentation massive des connaissances grâce aux expéditions océanographiques.
« Jusque-là, nous regardions au microscope de fines sections de roche, nous regardions les failles et les affleurements sur terre. Et de temps en temps, nous avions la chance de trouver un élément de la tectonique des plaques, mais nous ne savions pas que c’était la tectonique des plaques parce que nous n’avions pas les océans. Sans les océans, vous n’avez rien », a-t-il déclaré à l’émission Science In Action de la BBC.
L’une des observations clés était celle de l’étalement du plancher océanique – le processus qui crée une nouvelle croûte au niveau des dorsales à partir de la remontée du magma.
Lorsque la roche se refroidit et s’éloigne d’une dorsale, elle verrouille dans ses minéraux la direction du champ magnétique terrestre. Et lorsque le champ s’inverse, comme il le fait toutes les quelques centaines de milliers d’années, il en va de même pour la polarité des roches, présentant un motif zébré et rayé aux navires de recherche qui les traversent et à leurs magnétomètres.
En 1967, tous les chemins menaient à la réunion de printemps de l’American Geophysical Union. Quelque 70 abstracts (résumés de recherches) ont été soumis sur la seule propagation du plancher océanique. Une époque grisante, cela a dû être.
Le récit cohérent de la tectonique des plaques était sur le point de se mettre rapidement en place. L’article de McKenzie a été publié en décembre de cette année-là. Simultanément, d’autres chercheurs étendaient le modèle pour décrire toutes les autres plaques.
Concernant le mécanisme qui échappait à Wegener, les scientifiques peuvent maintenant voir comment le poids des plaques en sous-poussée joue un rôle si important dans la conduite de l’ensemble du système.
De même que le chien slinky n’a besoin d’aucun encouragement une fois qu’il a commencé son voyage vers le bas, la roche descendante semble avoir un élan imparable.
Tony Watts, un géologue d’Oxford et l’un des organisateurs de la conférence Plate Tectonics at 50 de cette semaine, explique : « Nous savons que les plaques qui se déplacent le plus rapidement, celles qui s’écartent le plus vite, ont de très longues dalles, de longs morceaux de lithosphère, qui s’enfoncent dans les fosses océaniques ».
« Ainsi, il semble que quelque chose appelé ‘trench pull’ soit une force très importante et il est généralement admis qu’elle est plus importante que la ‘ridge push’. Bien sûr, tout est connecté dans le manteau profond par la convection, mais la traction des tranchées semble être la clé. »
Rien n’est jamais fait et poussiéreux en science. Il y a toujours un débat animé par exemple sur quand et comment précisément la tectonique des plaques s’est mise en marche sur Terre. Il y a plus de quatre milliards d’années à la suite d’impacts d’astéroïdes, a soutenu un récent article de Nature Geoscience.
Aujourd’hui, nous disposons d’outils extraordinaires comme le GPS et l’interférométrie radar par satellite qui nous permettent d’observer la marche des plaques, millimètre par millimètre. Plus remarquable encore est la technique de la tomographie sismique, qui utilise les signaux des tremblements de terre pour construire des visualisations en 3D des dalles rocheuses englouties.
« La tectonique des plaques était une révolution. Je suis géologue, donc je le dirais », a déclaré Tony Watts à BBC News.
« En regardant en arrière, l’histoire de la géologie est très longue. La Société géologique a été fondée en 1807, donc la tectonique des plaques est arrivée vraiment tard dans son histoire. Mais il fallait les bonnes technologies et un groupe relativement petit de scientifiques d’institutions fortement dirigées pour que cela se produise.
« L’autre chose à retenir est la jeunesse de certains de ces scientifiques : Dan McKenzie venait tout juste de terminer sa thèse de doctorat. »
.