Images de la solution numérique au moment où un supercontinent (à gauche, en gris violacé) commence à se briser. Dans l'image de gauche, la planète fictive modélisée ressemble beaucoup à la Terre :sa surface et son manteau se déplacent spontanément, à des vitesses proches de celles observées sur Terre. La répartition des plaques (dont certaines sont grandes, alors que beaucoup sont petits) est également similaire, tout comme la topographie :les teintes rouges représentent les régions peu profondes de l'océan (crêtes), tandis que le bleu indique le fond marin profond. Les zones bleues les plus profondes correspondent aux tranchées de subduction (où une plaque s'enfonce dans le manteau). Les continents sont représentés en blanc translucide (et apparaissent donc en gris violacé). L'image de droite montre des courants chauds (panaches) s'élevant du bas du manteau. Crédit :Nicolas Coltice
Les plaques tectoniques se déplacent-elles à cause du mouvement du manteau terrestre, ou le manteau est-il entraîné par le mouvement des plaques ? Ou se pourrait-il que cette question soit mal posée ? C'est le point de vue adopté par les scientifiques de l'École Normale Supérieure—PSL, le CNRS et l'Université de Rome 3, qui considèrent les plaques et le manteau comme appartenant à un seul système. D'après leurs simulations, Publié dans Avancées scientifiques le 30 octobre, 2019, c'est principalement la surface qui anime le manteau, bien que l'équilibre dynamique entre les deux change au cours des cycles supercontinentaux.
Quelles forces entraînent les plaques tectoniques ? Cela est resté une question ouverte depuis l'avènement de la théorie de la tectonique des plaques il y a 50 ans. Les bords froids des plaques qui s'enfoncent lentement dans le manteau terrestre au niveau des zones de subduction provoquent-ils le mouvement observé à la surface de la Terre ? Ou bien, fait le manteau, avec ses courants de convection, conduire les plaques? Pour les géologues, c'est un peu comme le problème de la poule et de l'œuf :le manteau fait apparemment bouger les assiettes, tandis qu'ils conduisent à leur tour le manteau...
Pour faire la lumière sur les forces à l'œuvre, des scientifiques du Laboratoire de géologie de l'École normale supérieure (CNRS/ENS—PSL), l'Institut des Sciences de la Terre (CNRS/Universités Grenoble Alpes et Savoie Mont Blanc/IRD/Ifsttar) et l'Université de Rome 3 ont traité la Terre solide comme un seul système indivisible et réalisé la modélisation la plus complète à ce jour de l'évolution d'un planète très semblable à la Terre. Les scientifiques devaient d'abord trouver les paramètres appropriés, puis passer environ neuf mois à résoudre un ensemble d'équations avec un supercalculateur, reconstituer l'évolution de la planète sur une période de 1,5 milliard d'années.
En utilisant ce modèle, l'équipe a montré que les deux tiers de la surface de la Terre se déplacent plus rapidement que le manteau sous-jacent, en d'autres termes c'est la surface qui entraîne l'intérieur, tandis que les rôles sont inversés pour le tiers restant. Cet équilibre des forces évolue au cours des temps géologiques, surtout pour les continents. Ces derniers sont principalement entraînés par des mouvements profonds au sein du manteau lors des phases de construction d'un supercontinent, comme dans la collision en cours entre l'Inde et l'Asie :dans de tels cas, le mouvement observé à la surface peut fournir des informations sur la dynamique du manteau profond. Inversement, quand un supercontinent se désagrège, le mouvement est principalement entraîné par celui des plaques lorsqu'elles s'enfoncent dans le manteau.
Le calcul contient une mine de données qui restent largement inexploitées. Les données obtenues pourraient nous aider à comprendre comment les dorsales médio-océaniques se forment et disparaissent, comment la subduction est déclenchée, ou ce qui détermine l'emplacement des panaches qui provoquent de vastes effusions volcaniques.