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George Biddell Airy, le créateur de la théorie de l'isostasie (Crédit : 2007 Soylent Communications).
Changement d'épaisseur de la croûte océanique et de la profondeur de l'océan à mesure que l'on s'éloigne de la dorsale centrale (Crédit : Science Education Resource Center (SERC) at Carleton College).
Dans un article du Journal of Geophysical Research-Solid Earth les deux géophysiciens pointent, en effet, une curieuse carencecarence des modèles d'isostasie construits à partir des travaux d'Airy et de ses successeurs.
Rappelons rapidement ce qu'est l'isostasie
L'isostasie est une théorie proposée en géophysique pour expliquer des anomaliesanomalies du champ de gravitationgravitation à la surface de la Terre. C'est en fait une simple applicationapplication du principe d'ArchimèdeArchimède d'équilibre isostatique.
Dés 1851, l'astronomeastronome royal Georges Airy, que l'on connaît surtout pour ses
contributions à la théorie de la diffractiondiffraction en optique ondulatoire, avait tenté d'expliquer pourquoi la massemasse de l'Himalaya n'attirait pas autant un pendule dans son voisinage qu'elle n'aurait dû le faire. En introduisant l'idée d'une croûte continentale légère, flottant sur un manteaumanteau plus lourd tel un iceberg, on en déduisait que tout relief positif important devait se trouver avoir des prolongements de plus en plus profonds en fonction de son altitude au-dessus du niveau de la mer. Une chaîne de montagne devait donc avoir des « racines » plongeant dans le manteau.
Ainsi, le champ de gravitation résultant n'était plus celui d'un simple relief posé sur une croûte au dessus d'un manteau homogène et les calculs reproduisaient assez bien les observations.
D'autres modèles, mais toujours basés sur le principe d'Archimède furent
introduits, comme celui de Pratt. Dans celui-ci il n'y a plus de racines crustales mais c'est la densité de la croûte qui varie en fonction de la hauteur du relief.
De haut en bas les modèles d'Airy, Pratt et de surcharge des fonds marins par un volcan.
Maintenant, il est bien connu aujourd'hui que le fond de l'océan Atlantique est barré par une gigantesque chaîne de montagnes d'origine volcanique, la fameuse dorsale médio-océanique. C'est à ce niveau que le magma tholéiitique remonte du manteau et, par accrétionaccrétion, fabrique de la croûte océaniquecroûte océanique.
Une question s'était posée rapidement aux scientifiques. Pourquoi, si la théorie de l'expansion des fonds océaniques est exacte, la profondeur de l'eau augmente-t-elle au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la dorsale en direction des plaines abyssalesplaines abyssales ?
La physiquephysique de la chaleurchaleur donne la réponse. Les roches produites sont encore très chaudes au niveau des dorsales et par conséquent, elles se dilatent. En se refroidissant lentement, au cours du processus qui les emporte loin du riftrift central, elles se contractent et se retrouvent donc de plus en plus profondément sous le niveau des océans. De plus, la plaque océanique s'épaississant avec le temps, elle devient plus lourde et à tendance à plonger par simple gravitégravité, ce qui ajoute au processus précédent une augmentation supplémentaire de la profondeur de l'eau. Au final, on parle d'un processus d'isostasie thermique.
A sa grande surprise, David Chapman s'était aperçu que bien qu'il ait fait l'objet de nombreuses études pour les plaques océaniques, ce rôle de la chaleur dans l'augmentation de volumevolume des roches n'avait jamais été vraiment pris en compte dans le cas des plaques continentales. Il y avait donc un manque à combler. Derrick Hasterok et lui ont donc étudié attentivement les données relatives à l'Amérique du nord.
De fait, on savait depuis longtemps que certaines provinces géologiques composées des mêmes types de roches ne se trouvaient pas à la même altitude. C'est le cas du plateau du Colorado et des grandes plaines, le premier étant au-dessus des secondes, un fait difficilement explicable avec la théorie de l'isostasie. Tout change si l'on tient compte du champ de température dans la croûte. Tous calculs fait, la différence de températures entre les roches de deux régions compte presque pour moitié avec la différence de densités pour expliquer les altitudes de celles-ci au-dessus du niveau du géoïdegéoïde.
Sans ces différences de températures, et la dilatationdilatation des roches, les chercheurs ont calculé que de nombreuses villes américaines seraient sous l'eau. La liste est longue et impressionnante puisqu'on y trouve New York, Miami, Los Angeles, la Nouvelle Orléans et même Denver, Salt Lake etc...Pour faire court, seules les régions hautes de la chaîne de Rocheuses, la Sierra Nevada et le nord-ouest de la façade pacifique de la chaîne des Cascades émergeraient !
