Les continents flottants

Les journaux ont récemment relayé un article paru dans la revue de la Société Géologique Américaine (GSA): les géologues considèrent que la Terre possède désormais un nouveau continent, Zélandia. Un continent paradoxal, puisqu’il est presque entièrement recouvert d’eau: ses seules émergences seraient les îles de Nouvelle-Zélande et de Nouvelle-Calédonie. Et si cette annonce [1] a fait autant de bruit, peut-être que le mythe de l’Atlantide et l’image toujours prégnante des continents engloutis n’y sont pas pour rien…

Si quelque chose peut se rapprocher du cataclysme évoqué par Platon dans Critias, c’est l’éruption très violente du volcan de Thera, au sud des Cyclades. Une explosion 50 fois plus importante que celle du Mont Saint-Helens en 1980, et datée vers 1600 av. J.-C [2]. Elle a probablement généré un tsunami dévastateur pour les côtes crétoises, pulvérisé un tiers de l’île et donné le paysage spectaculaire qu’on admire aujourd’hui à Santorin. Bon, mais on est quand même loin d’un continent entier englouti par les flots. Manifestement, les continents, ce sont des masses imposantes, solides et permanentes: pas facile de les submerger. À moins que…

Un iceberg au Tibet

En 1757, la Compagnie Britannique des Indes Orientales gagne la bataille de Plassey et s’octroie le gouvernement du Bengale, avant d’étendre petit à petit son influence sur toute la péninsule indienne. À partir de 1806, les colons britanniques commencent une immense entreprise d’arpentage du pays: le projet Great Trigonometrical Survey. De 1830 à 1843, c’est le colonel George Everest qui dirige cette campagne géodésique [3]. On mesure la pesanteur dans la plaine du Gange, là où l’attraction de l’Himalaya et du massif plateau tibétain devrait se faire largement sentir. Or les valeurs mesurées paraissent très faibles… c’est en fait la même anomalie que celle que Pierre Bouguer avait observée, un siècle plus tôt, sur le plateau andin. John Pratt, l’archidiacre de Calcutta, propose une première explication: les roches des régions montagneuses (Himalaya et Tibet) doivent être un peu moins denses que la normale.

Cette hypothèse ne convainc pas George Airy, astronome royal à l’observatoire de Greenwich. La différence nécessaire en densité est trop grande, et comment l’expliquer ? Dans un article de 1855, Airy propose une autre solution audacieuse: il suppose que sous une mince croûte, l’intérieur de la Terre est, sinon fluide, du moins suffisamment ductile pour se déformer sur des temps très longs [4]. Or l’intérieur de la Terre est plus dense que la croûte… alors tout se passe comme si celle-ci flottait à la surface du manteau.

Donc si une portion de la croûte est plus épaisse que la normale… elle devrait s’enfoncer dans le manteau ! Autrement dit, un massif montagneux est comme un iceberg: on ne voit que la partie émergée, mais il doit y avoir en-dessous une racine qui s’enfonce dans le manteau (et comme elle est moins dense que celui-ci, ça explique l’anomalie de pesanteur). Airy vient de découvrir l’équilibre isostatique. On forme un relief montagneux là où la croûte est plus épaisse que la moyenne. Mais il n’y a encore aucun moyen de vérifier directement son hypothèse.

Pourquoi les océans sont pleins d’eau

En 1909, après un séisme ressenti vers Zagreb, le météorologue croate Andrija Mohorovičić étudie les signaux enregistrés par 80 sismographes dans la région, et tombe lui aussi sur un mystère: chaque station n’a pas reçu une, mais trois ondes successives, et pas toujours dans le même ordre. Il fait l’hypothèse que les ondes sismiques peuvent se réfléchir à la base de la croûte terrestre, ou sont même passées en-dessous, avant d’arriver au sismographe. C’est la première fois que quelqu’un « voit » cette fameuse croûte que beaucoup avaient imaginée.  Le découvreur laisse la moitié de son nom à l’interface entre la croûte et le manteau: ce sera le Moho. D’après ses observations, on le trouve vers 30 km de profondeur. Mais comme Airy l’avait deviné, la croûte est plus épaisse sous un massif montagneux: on y trouve le Moho à 40, 50 voire 60 km sous la surface. Et au milieu de l’océan ? la croûte est beaucoup plus mince: autour de 6 km seulement !

Donc la croûte des continents est beaucoup plus épaisse que celle des océans. Et en plus elle contient surtout du granite, un peu moins dense que le basalte qui compose le plancher océanique. Alors on peut reprendre le raisonnement isostatique: les continents et les océans flottent sur le manteau… mais pas à la même hauteur: comme les continents sont moins denses, ils émergent plus haut. Un simple calcul de poussée d’Archimède nous apprend qu’ils devraient émerger à 5 000 mètres au-dessus du fond de l’océan. Or, regardons la distribution des altitudes et des profondeurs à la surface de la Terre:

La distribution n’est pas du tout uniforme: il y a bien deux groupes distincts. En gros, les altitudes les plus fréquentes sont -4500 m (les océans) et +500 m (les continents). Notre estimation n’était donc pas trop mauvaise. La différence entre continents et océans est bien plus qu’une question d’eau: c’est leur nature géologique qui les distingue.

Comment engloutir une Atlantide

Donc s’il y a de l’eau sur le plancher océanique… c’est parce que celui-ci est plus bas. Logique. Mais parfois l’eau recouvre aussi de la croûte continentale: c’est le cas de la mer du Nord, de la mer de Béring ou du golfe de Thaïlande. Manifestement certaines régions des continents, surtout les bords, sont un peu trop basses. En fait c’est même 20% de la superficie de l’Eurasie ou de l’Amérique du Nord qui sont sous l’eau ! Sont immergés des morceaux de croûte qui ont été étirés, et donc amincis. En effet, si la croûte s’épaissit, on crée un relief; donc à l’inverse si elle s’amincit, on creuse un bassin. Et voilà comment Zélandia, un petit morceau de l’ancien supercontinent du Gondwana, détaché de l’Australie, s’est retrouvé tellement malmené, remanié, étiré par la tectonique des plaques qu’il a fini presque entièrement immergé.

Ailleurs, les mers continentales ne sont que de minces pellicules d’eau, comparées à l’océan: seulement quelques dizaines ou centaines de mètres de profondeur. Suivant les époques, les variations du niveau de la mer et les mouvements tectoniques suffisent à tour à tour immerger ou faire émerger de larges régions. Ainsi une grande partie de l’Europe occidentale a passé des millions d’années sous l’eau [5]. Pas étonnant alors qu’on trouve de grandes masses de sel dans le Jura, de grandes falaises calcaires dans le Vercors, et des coquillages dans tous les vieux murs de Lyon. Tout ça s’est formé au fond de mers disparues, avant d’être soulevé pour émerger à nouveau.

Les continents rebondissants

On termine avec une autre conséquence du modèle d’isostasie de Georges Airy: si un continent est un bouchon de liège qui flotte, que se passe-t-il quand on appuie sur le bouchon ? Logiquement il devrait s’enfoncer un peu plus dans l’eau. Comment fait-on pour appuyer sur un continent ? Et bien, on peut par exemple venir y déposer une grosse calotte de glace, comme actuellement en Antarctique ou au Groenland. Ou comme c’était le cas, pendant la dernière glaciation, sur toute la Scandinavie [6]. La glace, c’est moins dense que la roche, mais 2000 mètres de glace, c’est quand même lourd ! Résultat: pendant la période glaciaire toute la croûte scandinave s’était légèrement enfoncée dans le manteau. Or toute cette glace a fondu il y a 9000 ans, mais il faut du temps pour que le manteau reflue et que la croûte reprenne sa position d’équilibre: c’est le rebond post-glaciaire. En quelques milliers d’années, la Scandinavie est remontée de plusieurs centaines de mètres !

On le devine au fait qu’on trouve en Suède et en Norvège des traces de plages « récentes » à plus de 100 m d’altitude [7]. Dans l’archipel des Åland, de nouvelles îles continuent d’émerger lentement. Depuis une vingtaine d’années, on est même capables de mesurer directement la surrection grâce aux GPS: jusqu’à 1 cm/an de soulèvement au fond du golfe de Botnie ! Encore 30 mètres, et on sera revenu à l’équilibre.

Et une fois qu’on connaît cette vitesse verticale, on peut faire un petit calcul et remonter à la viscosité du manteau: on en déduit qu’il est 1 milliard de fois plus visqueux que la glace, soit 1 million de milliards de milliards de fois plus que l’eau. Bref, sous la croûte ça coule, mais ça ne coule pas vite !


Aller plus loin

  • Le premier article de Pratt; et celui d’Airy paru la même année. Et, plus récemment, celui sur la confirmation de l’existence du continent Zélandia [tout ça en anglais].
  • Pour être plus précis, ce n’est pas vraiment la croûte qui « flotte » sur le manteau, mais plutôt la lithosphère (qui comprend la croûte plus le haut du manteau, rigide et cassant lui aussi) qui flotte sur l’asthénosphère, un peu plus « fluide » (mais qui reste solide !). Le Moho est une discontinuité qui réfléchit les ondes sismiques, et qui correspond à un changement de nature des roches, mais pas à une variation dans leurs propriétés mécaniques. Le sommet du manteau est donc lié à la croûte au sein des plaques.
  • Il y a un endroit sur Terre où on trouve une croûte océanique anormalement épaisse: c’est le plateau des Kerguelen. Il est situé à l’aplomb d’un panache de point chaud (comme Hawaii). Mais comme la plaque Antarctique ne bouge pas beaucoup, la lave s’accumule et la croûte s’épaissit: peut-être finira-t-on par former là un futur continent !
  • L’entreprise britannique de cartographie des Indes était évidemment éminemment politique. Si vous vous demandez qui peut bien encore s’intéresser à ce point-là à une définition précise de ce qu’est un continent, découvrez dans ce petit livre sur l’Arctique l’ampleur des implications diplomatico-économiques de la géologie des fonds marins.
  • Airy ne propose pas d’explication à l’épaississement de la croûte sous les montagnes (ou à l’amincissement sous les bassins). Il faudra attendre encore un siècle pour comprendre comment les mouvements horizontaux des plaques permettent d’étirer ou de comprimer la croûte: sous le Tibet, ou sous les Alpes, deux plaques se chevauchent: c’est donc comme si on empilait deux croûtes continentales l’une sur l’autre. Pour plus de détails sur la genèse de la tectonique des plaques, une histoire plus complète sur le site Planet-Terre (site en français, à recommander sans modération).

[1] Annonce relative, puisque l’idée de ce continent traînait déjà dans la littérature géologique depuis une petite vingtaine d’années.
[2] Soit nettement avant l’abandon définitif des palais minoens: ce n’est sans doute pas la cause première du déclin de la civilisation crétoise.
[3] En 1856, les arpenteurs parviennent à mesurer l’altitude du « pic XV », dont on réalise qu’il est le point culminant de la planète. C’est le successeur d’Everest qui propose de lui donner son nom.
[4] Il qualifie de « lave » l’intérieur dense de la Terre, mais en précisant bien que c’est faute d’une meilleure terminologie. On sait aujourd’hui que le manteau terrestre est bel et bien solide, même s’il peut se déformer très lentement (tout comme un glacier peut couler alors que la glace est solide).

[5] Mais aussi sur tout le nord du Canada, de la Sibérie, et même sur les îles Britanniques.
[6] L’Europe au Jurassique, il y a 150 millions d’années: un grand archipel !
[7] Or depuis cette époque, le niveau de la mer n’a pas baissé: au contraire, il est remonté de 150 mètres.

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Une réflexion sur “Les continents flottants

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