Les plaques tectoniques se déplacent sur le manteau à l'intérieur de la Terre grâce à une couche de roches ductile et moins visqueuse en dessous de ces plaques. On ne comprenait pas vraiment pourquoi l'asthénosphère — c'est son nom — était moins visqueuse. On pense savoir maintenant que le lubrifiant qui rend aussi compte de cette moins grande viscosité est simplement la présence d'une fusion partielle des roches donnant du magma sous les plaques dans l'asthénosphère.

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    Il y a à peine plus d'un siècle, Alfred Wegener publiait sa théorie sur l’origine des continents et des océans. Mais, pendant des décennies, sa théorie de la dérive des continents rencontra l'opposition de la majorité des géologuesgéologues et des géophysiciens dont celle de l'impressionnant Harold Jeffreys, qui plus est mathématicienmathématicien et astronomeastronome. Quelques visionnaires existaient cependant, dont le célèbre volcanologuevolcanologue Haroun TazieffHaroun Tazieff, qui avaient compris que les idées de Wegener étaient largement correctes.

    Heureusement, la révolution de la tectonique des plaques allait changer tout cela au cours des années 1960 en se basant largement sur les outils de la sismologie et surtout du paléomagnétisme. L'exploration de la dépression de l'Afar par Haroun Tazieff et ses collègues au début des années 1970 allait enfoncer le clou en montrant qu'il s'agissait d'un fond océanique exondé, à la limite de deux plaques tectoniques. Aujourd'hui, la théorie de la tectonique des plaques est le cadre où se formulent et s'expliquent toutes les questions portant sur la géodynamique de la Terre et la surface de lacs de lavelave, comme ceux de l'Erta AleErta Ale ou du Nyiragongo,  est une excellente illustration de la tectonique des plaques.

    Enfin presque... On pourrait penser, comme le laissent croire naïvement certaines illustrations, que les croûtes continentalescroûtes continentales et océaniques constituées d'une douzaine de plaques aux frontières desquelles se trouvent beaucoup de volcansvolcans et de séismesséismes, sont des radeaux refroidis flottant sur un océan de magmamagma chaud en convectionconvection... et ce serait une erreur.


    La surface du lac de lave du Nyiragongo est animée de plusieurs types de mouvements. Des variations rapides de niveau de 1 à 4 mètres d'amplitude : le lac monte quand il est alimenté en magma frais et descend lors de phases de dégazage important. Des mouvements de convection dus aux différences de température entre la surface et le magma sous-jacent. Le recyclage des plaques plongeante assure la stabilité du lac. © Patrick Marcel

    Un manteau solide mais en convection

    Certes, les températures dans le manteaumanteau de la Terre peuvent dépasser le millier de degrés mais les roches y sont naturellement solidessolides même si le manteau est agité par de lents mouvementsmouvements de convection à l'échelle des millions d'années, tout comme un glacierglacier s'écoule à l'échelle d'une année. On le sait depuis plus d'un siècle, notamment grâce à la sismologie car les ondes sismiquesondes sismiques, qui peuvent se propager, sont différentes selon qu'elles traversent un milieu liquideliquide ou solide. Grâce aux travaux des physiciens des hautes pressions, comme Alfred Edward Ringwood, Francis Birch et Percy Bridgman, nous pouvons aussi relier les caractéristiques de ces ondes à la nature des roches qui les supportent ainsi qu'à leurs températures et leurs densités.

    Le manteau est donc majoritairement solide mais on sait qu'il peut localement être le lieu d'une fusion partiellefusion partielle des roches, ce qui donne un magma qui va remonter dans le manteau sous l'effet de la pressionpression d'ArchimèdeArchimède et se frayer un chemin par fracturation hydrauliquefracturation hydraulique en percolant entre les minérauxminéraux.

    Les mouvements de convection contribuent à entraîner les plaques comme si elles étaient sur un tapis roulanttapis roulant mais il y a d'autres phénomènes qui entrent en jeu pour vraiment expliquer ces mouvements, surtout lorsqu'il se produit des subductionssubductions ou des obductions de plaques. Pour faire court, les détails du moteur et des mouvements de la dérive des continents sont toujours à l'étude comme le prouve, dans le journal Nature, la publication d'un article exposant les travaux de chercheurs du Laboratoire de géologiegéologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (CNRS / ENS de Lyon / Université Claude BernardClaude Bernard Lyon 1)


    « Il y a deux principaux types d'études des ondes sismiques : l'étude de la source elle-même et l'étude de la structure de la Terre... » Entretiens avec Jean-Paul Montagner, professeur à l'université Paris Diderot, et des membres de son équipe. © IPGP

    Une tomographie sismique qui révèle des poches de magma

    Les géophysiciens y expliquent qu'ils ont à nouveau utilisé l'outil de la tomographie sismiquetomographie sismique pour produire une carte tridimensionnelle de l'intérieur de la Terre en analysant des données collectées dans des stations sismologiques réparties sur la surface du globe.

    Comme toujours, les caractéristiques des ondes se sont révélées bavardes. En l'occurrence, les chercheurs se sont concentrés sur les vitessesvitesses de propagation des ondes sismiques auxquelles on peut associer l'équivalent des rayons lumineux pour les ondes électromagnétiquesondes électromagnétiques et aussi sur la façon dont ces ondes sont atténuées par leur propagation dans les roches du manteau. Tout se passe donc comme si l'intérieur de la Terre était un milieu réfringent, avec des ondes voyageant à des vitesses différentes selon un indice de réfractionindice de réfraction variable dans ce milieu, et absorbant, dissipant une partie de l'énergieénergie des ondes dans le manteau.

    Plus les roches sont froides, plus cet indice correspond à une vitesse de propagation élevée des ondes sismiques. Il est donc possible de résoudre ce que les géophysiciens appellent un problème inverse, c'est-à-dire déduire des caractéristiques d'un signal des informations sur ce qui le cause et l'altère (basiquement, c'est l'équivalent de reconnaître un instrument de musique avec le son qu'il émet). Dans le cas présent, on en a déduit des informations sur la température locale des roches et les quantités de magma présentes produites par fusion partielle.

    Cette détermination de la quantité de roches fondues sous les plaques tectoniques est une première et, comme l'explique un communiqué du CNRS, elle correspond à moins de 0,7 % en volumevolume des roches présentes dans l'asthénosphèreasthénosphère sous les océans. Rappelons que l'asthénosphère est la partie ductileductile du manteau supérieur terrestre qui s'étend de la lithosphèrelithosphère jusqu'au manteau inférieur sur 700 kilomètres. La lithosphère elle-même est découpée en plaques tectoniques formées d'une croûte (continentale ou océanique) et d'une partie du manteau supérieur.

    Surprise ! non seulement le pourcentage de roche fondue est mesuré là où on l'attendait, c'est-à-dire sous les dorsales océaniquesdorsales océaniques et certains volcans de points chaudspoints chauds comme Tahiti, Hawaï ou La Réunion, mais également sous toutes les plaques océaniques.

    Surprise bienvenue car on savait depuis des décennies que l'asthénosphère avait une plus faible viscositéviscosité que dans les autres parties du manteau, ce qui permet aux plaques tectoniques de se déplacer sur lui mais on n'en comprenait pas vraiment la raison. En bonus, les géologues savent maintenant que les baisses de viscosité qui peuvent être d'un ou deux ordres de grandeurordres de grandeur varient sous les plaques tectoniques et que plus il y a de magma fondu, plus les plaques se déplacent rapidement.