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La théorie de la dérive des continents

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Introduction :

Ce cours va permettre, à travers l’Histoire, de comprendre comment le modèle de la tectonique des plaques s’est mis en place. Cela permettra ainsi de voir comment une hypothèse scientifique voit le jour et comment la communauté scientifique travaille à la démontrer ou à la réfuter. Une première partie s’intéressera à la théorie de la dérive des continents proposée par Wegener au début du XXe siècle, pour ensuite voir dans une deuxième partie comment les adeptes du « fixisme » ont essayé de réfuter cette théorie. Les deux dernières parties montreront comment les progrès techniques ont permis de connaître la nature des différentes couches qui composent notre planète.

Naissance d’une idée

Au début du XXe siècle, le scientifique Alfred Wegener met en lumière différentes observations qui permettent d’étayer sa théorie de la dérive des continents.

La distribution bimodale des altitudes

À cette époque, la théorie dominante qui explique les différences d’altitudes est le concept de contraction thermique. La Terre, à l’image d’une vieille pomme qui se fripe, se refroidit, ce qui provoquerait une diminution de sa taille. Les plis représentent les montagnes et les creux les océans. Wegener va alors apporter de nouvelles observations pour expliquer les différences d’altitudes, grâce à la mise en place de techniques qui permettent de sonder les océans et donc d’en connaître à peu près la profondeur.

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À retenir

Le constat que Wegener va faire est qu’il existe deux niveaux nettement prédominants à la surface de la Terre : le premier niveau, à environ 300 mètres au dessus du niveau de la mer, correspond aux plateaux terrestres et le deuxième, à environ 4 800 mètres au dessous du niveau de la mer, correspond aux fonds océaniques.

Ces différents niveaux sont représentés sur le graphique ci-dessous :

Les deux niveaux prédominants sur la surface de la Terre

On peut voir en ordonnée l’altitude en mètres, et en abscisse le pourcentage de surface terrestre. On distingue clairement les deux niveaux, ce qui permet de voir que les hautes montagnes comme le mont Everest ne représentent qu’une partie infime de la surface terrestre.

Ces observations mettent à mal la théorie de la contraction thermique. En effet, cette répartition des altitudes est dite bimodale.
Pour affirmer la théorie de la contraction thermique, il aurait fallu une répartition unimodale, c’est-à-dire que les altitudes des bosses et des creux se répartissent de part et d’autre de l’altitude moyenne, comme on peut le voir sur le graphique :

Distribution uni-modale

Cette étude sur la distribution des altitudes le conduit à faire des hypothèses sur la nature des roches. D’après lui, elles seraient différentes entre les océans et les continents. Il propose alors une théorie :

  • la croute continentale serait constituée de matériaux légers.

Il propose le nom de SIAL pour silicium et aluminium. La croûte océanique, plus dense, serait constituée de matériaux plus lourds, plus denses. Cette croûte était appelée SIMA pour silicium et magnésium. Il est allé plus loin en suggérant que la croûte SIAL serait en équilibre sur la croûte SIMA, plus dense. Des études ont montré (comme on peut le voir sur le schéma) que la croûte SIAL peut connaître un déplacement vertical suite à l’érosion, un peu comme un iceberg dans l’océan.

Déplacement vertical de la croûte SIAL suite à l’érosion

La complémentarité du tracé des côtes de l’Amérique du Sud et de l’Afrique

De plus, Wegener remarque que le tracé des côtes de l’Amérique du Sud et de l’Afrique est étonnamment complémentaire. En effet, les deux continents semblent pouvoir s’emboîter comme les deux pièces d’un même puzzle. Comme si cela ne suffisait pas, il remarque que des fossiles datant de plus de 200 millions d’années sont retrouvés sur les deux continents et qu’on peut imaginer une continuité dans les chaînes de montagnes.

Complémentarités entre l’Amérique du Sud et l’Afrique

Des vestiges de calottes glacières

Enfin, des vestiges d’une ancienne calotte glacière sont retrouvés, notamment dans des zones tropicales. Pour Wegener, il est impossible que des glaciations aient eut lieu dans ces zones climatiques et c’est pour lui une preuve que les continents ont bougé et se situaient dans une zone où le climat permettait une glaciation.

Vestiges d’une ancienne calotte glaciaire

La théorie de Wegener

Tous ces arguments étayent la théorie de Wegener qui affirme que les continents connaissent des mouvements horizontaux. Il émet donc l’hypothèse qu’à la fin de l’ère primaire, les continents étaient réunis en un super continent, appelé la Pangée. Les continents, de composition plus légère que les matériaux sur lesquels ils reposent, ont dérivé pour s’arrêter sur leur emplacement actuel.

La Pangée

L’abandon de la théorie

La formulation d’une telle hypothèse a entrainé de vives réactions. Les scientifiques n’étaient pas tous d’accord entre eux. D’un côté, il y avait ceux qui avaient foi en la théorie de Wegener, qu’on appelle les « mobilistes », et de l’autre, ceux qui cherchaient à réfuter cette hypothèse, les « fixistes ».

La théorie de Wegener avait un point faible : il ne savait pas expliquer par quels mécanismes les continents pouvaient entrer en mouvement. Sa théorie reposait uniquement sur la différence de densité entre les matériaux des continents et des océans et l’hypothèse que les continents « flottaient », en quelque sorte, sur les matériaux des océans. Cependant, à cette époque, on découvre que la quasi-totalité du globe est à l’état solide.

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Astuce

Il existe différents types d’ondes. Les ondes P ou ondes Premières se déplacent dans les milieux solides et liquides. Les ondes S ou ondes Secondes se déplacent uniquement dans des milieux solides.

En 1889, les chercheurs enregistrent un signal sismique aux alentours de Berlin alors qu’aucun séisme n’a eu lieu. Ils apprennent qu’au même moment il y a eu un séisme au Japon. C’est à ce moment-là que les scientifiques admettent que les ondes se propagent par le centre de la Terre. Cela permettra de comprendre la composition de l’intérieur de la Terre et d’affirmer qu’elle est presque exclusivement solide.

Les réfractaires de la théorie de Wegener vont alors proposer leur propre théorie : celle des ponts continentaux. Ils affirment que les continents étaient reliés par des ponts continentaux qui se seraient effondrés et qui forment les actuels planchers océaniques. La présence de ces ponts continentaux expliquerait la similarité des fossiles trouvés sur différents continents.

La théorie des ponts continentaux

Les roches de la croûte continentale et de la croûte océanique

La croûte continentale

Les études de la croûte continentale se font particulièrement en montagne sur des affleurements ou grâce à des forages. Les résultats de ces études montrent que sa composition est beaucoup plus hétérogène que celle de la croûte océanique. Ainsi, la croûte continentale est composée :

  • De roches sédimentaires. Ces roches proviennent de l’accumulation de sédiments qui se déposent en couches. Les sédiments sont formés par l’accumulation de petites particules en suspension dans l’air ou dans l’eau, grâce au phénomène de gravité ;
  • De roches magmatiques. Les roches magmatiques sont issues du magma qui se refroidit et se solidifie. Cela arrive lorsque le magma entre en contact avec l’atmosphère. La croûte continentale est essentiellement composée de granite ;
  • De roches métamorphiques.
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Définition

Roche métamorphique :

Il s’agit d’une roche qui va se modifier suite à l’élévation de la température et de la pression. On peut penser, comme moyen mnémotechnique, à une « métamorphose » de la roche.

Ce sont donc à l’origine des roches sédimentaires ou magmatiques qui subissent une modification minéralogique et structurale : il y a recristallisation de la roche. La composition chimique des roches métamorphiques de la croûte continentale est souvent proche de celle du granite.

La croûte océanique

Au début des années 1950, des navires scientifiques prennent le large pour étudier les fonds océaniques. Grâce à la sismique par réfraction, les scientifiques peuvent faire des hypothèses sur la nature des roches de la croûte océanique.

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À retenir

Une onde sismique se propage dans un milieu homogène à une vitesse constante.

Si l’on détecte alors une différence au niveau de la vitesse d’une onde, c’est qu’elle est passée d’un milieu 1 à un milieu 2 qui n’a pas la même composition. De plus, la vitesse de l’onde est caractéristique de la nature de la roche traversée.

À la fin des années 50, des bateaux submersibles permettent l’observation des fonds océaniques marins et la réalisation de forages.

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À retenir

La croûte océanique est essentiellement constituée de basaltes et de gabbros.

Les basaltes et les gabbros sont toutes les deux des roches magmatiques qui ont la même composition chimique et minérale. La différence entre ces deux roches est leur structure. Le basalte a une structure microlitique, c’est-à-dire qu’elle est composée de petits cristaux et de verre. Cette structure témoigne d’un refroidissement rapide de la roche, ce qui est cohérent car elle se trouve à la surface, en contact avec l’eau de l’océan. Le gabbro quant à lui a une structure grenue c’est-à-dire que les minéraux sont visibles à l’œil nu. Cette cristallisation témoigne d’un refroidissement lent de la roche.

Ces études ont mis en évidence que les croûtes océaniques et continentales sont bien deux unités distinctes qui n’ont pas les mêmes propriétés.

La lithosphère

En 1909, le géophysicien Andrija Mohorovicic découvre ce que l’on appellera la discontinuité du Moho. Lors d’un séisme en Croatie, il découvre que les ondes se sont réfléchies sur cette discontinuité.

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Définition

Moho :

Le Moho sépare la croûte du manteau sous-jacent. La croûte est caractérisée par le changement de la nature des roches.

Le Moho

En effet, le manteau est constitué essentiellement de péridotites.

L’étude sismique permet d’identifier la profondeur du Moho et donc l’épaisseur de la croûte. Il en résulte une épaisseur variable.

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À retenir

La croûte océanique a une épaisseur d’environ 10 km alors que la croûte continentale a une épaisseur moyenne de 30 km pouvant aller jusqu’à 70 km sous les chaînes de montagnes.

L’ensemble, constitué par la croûte océanique ou continentale et la partie supérieure du manteau s’appelle la lithosphère. On parle alors de lithosphère océanique ou de lithosphère continentale.

Conclusion :

La théorie avancée au début du XXe siècle par le scientifique Alfred Wegener suggère que les continents se déplacent sur les océans. Ce déplacement serait possible grâce à une différence de densité des matériaux continentaux et océaniques. À peine cette théorie exprimée, d’autres scientifiques la contestent et proposent une autre explication, celle des ponts continentaux.

Au XXe siècle, les avancées scientifiques ont permis de mettre en évidence que la quasi-totalité de la Terre est de nature solide. De plus, la composition des croûtes océaniques et continentales est désormais connue et on admet qu’il s’agit de deux entités de natures physique et chimique. En 1950, il est admis que l’enveloppe superficielle de la Terre est constituée de la croûte et de la partie supérieure du manteau, appelé la lithosphère.