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Dynamic Earth Evolution and Paleogeography through Tomographic Imaging of the Mantle

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Concilier la géologie et la géophysique de la subduction océanique

Les fonds marins recèlent des informations sur les entrailles de la Terre, mais les géologues et les géophysiciens se prêtent souvent à des interprétations différentes. En réévaluant les données d’observation mondiales, DEEP TIME concilie les relevés de surface et ceux de subsurface de la subduction océanique.

Recherche fondamentale

Les fonds marins fournissent de précieuses informations sur le moteur interne de la Terre, où la convection mantellique convertit la chaleur en mouvement. Les matériaux du manteau sont délogés par la tectonique des plaques, puis y retournent par subduction, phénomène qui se produit lorsqu’une plaque de la croûte terrestre plonge sous une autre. «Les fonds marins sont renouvelés en permanence. Si nous savons comment les continents se sont formés après leur séparation de l’immense masse continentale qu’était la Pangée, il y a environ 250 millions d’années, les deux tiers de la surface de la planète qui étaient recouverts d’océans sont des ardoises vierges», explique Karin Sigloch, coordinatrice du projet DEEP TIME, rattachée au Centre national de la recherche scientifique, hôte du projet. Le problème, c’est que la subduction a effacé tous les vestiges de la surface des fonds marins. Le projet DEEP TIME, financé par le Conseil européen de la recherche, a contribué à reconstituer la surface des fonds marins tels qu’ils étaient au Paléolithique. Il vise ainsi à révéler l’évolution des continents et des limites des plaques en remettant en question l’hypothèse controversée voulant que le manteau se comporte de manière suffisamment uniforme pour être prévisible, ce qui permet une modélisation rétrospective. L’analyse des «slabs» (ou plaques plongeantes), à savoir d’anciennes plaques océaniques recyclées dans le manteau, qui se déforment à mesure qu’elles plongent vers le noyau de la Terre, a joué un rôle clé dans le projet. Ces plaques plongeantes reflètent les environnements dans lesquels elles ont été «sculptées» et nous donnent des indices sur l’influence des fosses océaniques, des mouvements des plaques et de la dynamique mantellique. En générant des images tomographiques plus nettes de la moitié inférieure du manteau inférieur, DEEP TIME a permis d’enrichir l’inventaire des vestiges de subduction, en trouvant des failles dans les interprétations des images précédentes plus floues.

Présentation de la «tomotectonique»

DEEP TIME a relancé l’hypothèse réfutée selon laquelle les slabs avaient plongé dans les fosses océaniques et étaient restées en position stationnaire pendant des dizaines de millions d’années. Un consensus s’était dégagé autour de l’idée que le manteau et la géologie liée à la subduction devaient être plus compliqués et plus variés. «Nous avons avancé l’idée d’une planète plus simple et plus uniforme, reliant la surface et la subsurface, en utilisant une approche que nous avons baptisée “tomotectonique”», ajoute Karin Sigloch. En réévaluant les relevés de la tomographie sismique de la subduction à l’échelle mondiale jusqu’à une profondeur d’environ 2 000 km, ce qui nous a permis de remonter 200 millions années en arrière, l’équipe n’a pas pu réfuter l’hypothèse selon laquelle des slabs immenses et denses se seraient enfoncés dans le manteau pour y rester stables. «C’est encourageant, car c’est ce que prédisait la géophysique avant la formulation d’interprétations plus récentes et plus compliquées issues des observations», fait remarquer Karin Sigloch. L’équipe laisse également entendre que les zones de subduction se forment principalement à l’intérieur des bassins océaniques, en y restant en position stationnaire jusqu’à ce qu’elles attirent un continent à la dérive. Ces collisions ajoutent des matériaux provenant des fosses océaniques à la marge continentale, soit en détruisant la zone de subduction, soit en la transformant en une fosse qui se fond avec la marge. «C’est gratifiant de produire des connaissances sur la dynamique des continents qui se développent vraiment», déclare Karin Sigloch. «La plupart des zones de subduction étudiées par les géologues se situent le long des côtes continentales. On sous-estime généralement le fait que ces zones étaient auparavant des fosses en haute mer.» L’équipe a également découvert que les slabs ont une «mémoire» plus longue qu’on le pensait, peut-être de plus de 300 millions d’années.

Les océans ne sont plus séparés

Un résultat crucial de la réévaluation des relevés paléogéographiques de DEEP TIME réside dans l’idée d’un «océan supplémentaire» situé à l’ouest des Amériques, à l’époque des dinosaures. La présence de cet océan avait déjà fait l’objet d’une hypothèse, qui avait été rejetée en raison du fait que ses limites occidentales ne comprenaient pas de continent majeur mais plutôt des fosses abritant des microcontinents. «Il s’agit d’une révision majeure. Ce bassin océanique aurait façonné le climat et donné lieu à une diversification des espèces, sans oublier qu’il aurait généré les ressources naturelles à l’origine de la toute première économie américaine, grâce à la ruée vers l’or par exemple!», explique Karin Sigloch. Finalement, les travaux de DEEP TIME ont éclipsé les questions sur la complexité des profondeurs de la subsurface pour attirer l’attention vers la surface aux eaux moins profondes. «Alors que le comportement du manteau est relativement simple, la géométrie des fosses de surface devient complexe, ce qui rend les événements passés difficiles à déduire uniquement à partir de la surface. Mais il est évident que l’histoire des profondeurs est préservée dans le manteau. En reliant les deux, nos travaux permettent de mener des simulations rétrospectives», conclut Karin Sigloch.

Mots‑clés

DEEP TIME, subduction, Pangée, fonds marins, continent, océan, manteau, tectonique des plaques, tomographie, simulation rétrospective

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