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Mouvement des plaques, ce qui se cache sous la surface…

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Mouvement des plaques, ce qui se cache sous la surface…

Vous avez dit tectonique ? Parlez-vous de ce dérivé du hip-hop qui mélange secousses et déhanchements acrobatiques ? À moins qu’il ne s’agisse plutôt d’une chorégraphie très bien orchestrée faite de mouvements et de dislocations des plaques lithosphériques1. La réponse de Loïc Labrousse, maître de conférences à l’Institut des sciences de la Terre de Paris (iSTeP, CNRS/UPMC).

 

L’expansion de la lithosphère océanique à partir des dorsales s’accompagne de son recyclage au niveau des zones de convergence des plaques lithosphériques. La subduction consiste en l’enfoncement d’une plaque lithosphérique océanique dense dans le manteau. Les zones de subduction sont marquées par une association de reliefs négatifs (les fosses de subduction pouvant descendre à 10 km sous le niveau de la mer) et de reliefs positifs forts (les Andes par exemple) résultats du volcanisme et de la tectonique : plis, failles inverses et chevauchements épaississent en effet la croûte à l’aplomb de la subduction.

 

Il arrive qu’une portion de lithosphère continentale (peu dense) soit elle aussi entraînée dans une zone de subduction, s’ensuit un épisode transitoire de « subduction continentale » Les roches de la croûte continentale réagissent par un métamorphisme spectaculaire produisant par exemple des roches à diamant (hélas micrométriques !) et s’exhument à des vitesses importantes sous l’effet de la poussée d’Archimède. L’étude fine des minéraux de ses roches permet de reconstituer leur histoire jusqu’à la surface.

 

De l’observation de terrain à la modélisation numérique

Les travaux effectués à différentes échelles spatiales et temporelles rendent compte des déformations des différents niveaux de la lithosphère. Il apparaît que les 10 à 20 premiers kilomètres de la lithosphère se déforment le long de zones de failles localisées. L’étude de ces zones à des échelles de temps courtes permet de comprendre leur fonctionnement mécanique et d’appréhender le risque sismique associé. Au sein de l’ISTeP, une équipe entière se consacre à l’étude des zones de failles. Les roches exhumées de plus grandes profondeurs nous montrent qu’elles s’y sont déformées de façon plus distribuée, plus « ductile ». Les formes molles ressemblant à du chewing-gum dans les paysages des zones internes des chaînes de montagne témoignent de ce comportement mécanique à long terme.

 

Pour reproduire et comprendre la mécanique des solides derrière ces déformations contrastées, le calcul numérique est aujourd’hui un outil de choix. On peut construire et détruire des chaînes de montagne virtuelles en quelques heures ou quelques mois en choisissant judicieusement le pas de temps de nos expériences numériques… et en utilisant des moyens de calcul puissant. On peut ainsi évaluer l’effet des phénomènes de premier ordre (la densité des roches, mais aussi l’érosion par exemple) sur la construction et la destruction des reliefs en zone de convergence.

 

De la mer Égée…

Pour contraindre nos modèles, il est crucial d’accumuler une somme de données pertinentes sur des exemples réels. Le domaine de la mer Égée est sans doute parmi les zones de subduction les mieux connues au monde. Son activité sismique constitue de plus un des risques les plus importants aux portes de l’Europe. Travailler sur la déformation du domaine égéen est donc impératif à plus d’un titre, et les laboratoires français sont présents sur ce « chantier » depuis plusieurs décennies. Comprendre comment s’est localisée la déformation dans le domaine égéen au cours du retrait vers le Sud de la subduction hellénique est une des questions qui a donné lieu à plusieurs thèses et de nombreuses publications au sein de l’ISTeP ces dernières années. Loïc Labrousse a travaillé sur l’île d’Ios (magnifique !) et ses voisines des Cyclades avec un doctorant pour apporter de nouvelles contraintes sur l’histoire régionale et sur les processus tectoniques qu’elle implique.

 

Détachement de Mykonos, Cyclades, Grèce. La limite presque horizontale entre la partie supérieure rubéfiée et les roches vertes à la base est une zone de faille normale à faible pendage : un détachement, particulièrement difficile à expliquer du point de vue mécanique. D. R.

 

… au Grand Nord canadien

En plus de ces considérations purement fondamentales, les études de tectonique servent aussi de cadre conceptuel à des études beaucoup plus pratiques. La recherche d’hydrocarbures dans le domaine Arctique est extrêmement sensible du point de vue stratégique (les États-Unis et la Russie se partagent la quasi-totalité des eaux territoriales) et du point de vue environnemental (c’est un bassin fermé abritant des ressources halieutiques2 vitales pour les populations locales). Une excellente connaissance du cadre tectonique est donc nécessaire pour les pouvoirs publics qui doivent évaluer les ressources et pour les industriels qui envisagent de les exploiter.

 

Vue d'hélicoptère des affleurements les plus au Nord du bassin d'avant-pays des Brooks Ranges (les White Hills, Alaska). Ces roches sédimentaires cénozoïques témoignent d'une tectonique compressive récente dans le domaine Arctique. D. R.

 

Une coopération étroite entre laboratoires publics et départements recherche et développement des grands groupes industriels permet de répondre à leurs préoccupations régionales et d’alimenter nos modèles conceptuels en données concrètes. Dans le cas de l’Arctique, l’étude de la chaîne des Brooks au nord de l’Alaska est un nouveau projet auquel Loïc Labrousse s’attelle avec plusieurs collègues et deux thésards : c’est un exemple rare de chaîne de collision en Arctique, illustrant sans doute des relations tectonique-climat originales, mais c’est aussi le contrefort du bassin du North Slope, une des plus grandes réserves potentielles d’hydrocarbure dans l’Arctique. Travailler dans ces paysages magnifiques sur des massifs encore très mal connus fait tout l’intérêt du métier de géologue… si on oublie les moustiques.

 

Pour en savoir plus :

1. La lithosphère est l'enveloppe terrestre rigide de la surface. Elle comprend la croûte terrestre et une partie du manteau supérieur. La lithosphère océanique est un ensemble formé par la croûte océanique et le manteau lithosphérique sous-jacent.

2. L'halieutique est la science de l'exploitation des ressources vivantes aquatique.



01/10/12