Introduction

                        Géologie : retrace l’évolution de la Terre depuis les temps les plus reculés jusqu’à l’époque actuelle ; cette étude se fonde avant tout sur l’observation rigoureuse des parties de l’écorce terrestre accessibles à nos observations ; les études de géologie s’articulent donc autour de 3 thèmes :

                        Pétrographie et minéralogie : connaissance des matériaux

                        Géodynamique : analyse des processus qui opèrent en surface : érosion et sédimentation et à l’intérieur de la Terre : processus à l’origine des reliefs.

                        Géologie historique : regroupe stratigraphie : succession des couches rocheuses et des fossiles et paléogéographie permettant de raconter l’histoire géologique d’une région .

Histoire des connaissances : c’est l’histoire des connaissances à travers le temps et  l’apport de la technologie.

Chaque département des sciences de la Terre peut être pris en exemple pour illustrer l’histoire des connaissances. Je prendrai donc un exemple fédérateur : la formation des chaînes de montagne.

En 1989, l’APBG édite un document «  Terre 88 » qui rassemble des conférences données aux journées APBG de Novembre 88. M. Marcel LEMOINE traite de la paléogéographie aux vues de la tectonique des plaques et, à propos des océans disparus, il propose 2 schémas comparatifs des domaines paléogéographiques d’où sont issues les Alpes occidentales françaises : voir document :

                                   Concept A : avant 1969

                                   Concept B : après 1969

Arrêtons nous sur ces schémas :

Un océan

Une surface topographique déformée

Des sédiments

Un évènement magmatique

C'est-à-dire, des matériaux d’origines diverses recouvrant une surface topographique déformée, l’ensemble ayant à un moment ou un autre émergé pour donner les reliefs que nous connaissons.

Concept A

Les matériaux

Les matériaux constituant la chaîne de montagne sont issus d’un domaine océanique. Cette idée se retrouve déjà au 17ièmeS dans la théorie du dilluvianisme de LEHMANN et DE MAILLET, principe inspiré de la notion biblique du déluge universel, qui postulait que l’ensemble des chaînes de montagne et des roches sont des dépôts sous-marins . On retrouve encore cette idée dans la carte géologique de DAUBREE ( 1849 ) : partie bas-rhinoise du massif vosgien, puisque dans la légende il est question de dépôts diluviens. STENON (1638-1686) dans son ouvrage « Prodrome d’une dissertation sur un solide naturellement  contenu à l’intérieur d’un solide » (!) infère que les terrains qui contiennent des fossiles se sont déposés au fond des eaux : « Au temps où se formait une strate quelconque, ou bien elle était circonscrite sur ses côtés par un autre corps solide, ou bien elle couvrait tout le globe de la Terre » « Au temps où se formait l’une des strates les plus élevées, la strate inférieure avait déjà acquise une consistance solide ». C’est le principe fondateur de la stratigraphie. Les matériaux des chaînes de montagne ont une origine ignée. BUFFON au 18ièmeS veut rompre avec le dilluvianisme et assigne aux montagnes les plus anciennes une origine ignée : le globe est passé par un état fondu, puis le lent refroidissement a solidifié la matière en fusion qui a formé les ces irrégularités que sont les chaînes de montagne. Il propose dans ses »Epoques de la nature » (1778) une histoire du monde en 7 époques. Un autre point fondamental de la pensée de Buffon est l’irréversibilité des phénomènes dans l’histoire de la Terre : les roches magmatiques ne se sont formées qu’une fois, tout comme les calcaires, les roches effusives, etc. Les 2 courants vont cohabiter : Neptunisme et Plutonisme

WERNER ( 1749-1817) défend le Neptunisme : a le souci de classer et de nommer les terrains d’après leur ordre de superposition et une affirmation que cet ordre correspond à leur âge relatif ( c’est la reprise du principe fondateur de la stratigraphie de STENON) : Werner subdivise donc les montagnes à couches en 12 formations qui commencent par notre Dévonien, puis le Zechtein, se poursuit par le Trias et se terminent par des couches englobant des basaltes et autres roches volcaniques qu’il croit sédimentaires, et enfin se termine par la craie : c’est «  la colonne lithologique universelle ». Les neptuniens tiennent pour avérés l’irréversibilité des phénomènes géologiques  et postulent que l’ordre des précipitations des matériaux de l’océan primitif n’est pas quelconque : les premiers dépôts sont faits de cristaux transparents de grande taille( les granites), puis à mesure que les eaux sont  plus agitées, les cristaux deviennent plus petits et plus confus noyés dans un tissu lâche opaque. Par ailleurs , les eaux marines s’abaissent progressivement (par évaporation) et les dépôts primitifs les plus élevés, sédimentés au sommet de bosses du globe primitif, commencent à émerger. Ils fournissent les dépôts mécaniques qui se joignent aux précipités chimiques primordiaux : les granites cristallins sont remplacés par des grès et des conglomérats : c’est ce que nous retrouvons dans une colonne lithologique du massif vosgien !

HUTTON (1726-1797) défend le plutonisme : son système (publié dans « theory of eatth »,1795) est fondé sur l’action du feu ou de la chaleur souterraine auquel il attribue 3 effets : - la consolidation des sédiments, - le soulèvement des strates et la formation des montagnes, - l’injection de granite à l’état liquide dans les couches. Un élément important est l’apparition, avec HUTTON, de la notion de cycle : l’histoire  de la Terre repose sur la répétition de cycles de formation de montagne.

Bilan : sur le problème de la diagenèse, les neptuniens sont plus près de la réalité que les plutonismes : la diagenèse est un phénomène de précipitation de matériaux dissous dans des conditions de faibles pression et température ; Hutton décrit des discordances, moyen de reconnaître et de dater les mouvements orogéniques ; quant à l’injection de granite à l’état fondu  elle réfute son origine aqueuse. Les déformations :STENON dans son ouvrage indique que : « les strates, tant perpendiculaires à l’horizon, qu’inclinées sur lui, en un autre temps ont été parallèles  à l’horizon ». C’est le principe fondateur de la tectonique, mais STENON fait une erreur en supposant que l’inclinaison des couches est toujours due  à un phénomène d’effondrement par disparition de couches anciennes. SUESS (1831-1914) montre qu’à côté des mouvements réguliers, des phénomènes exceptionnels et plus violents construisent la face du globe. C’est l’explication des chaînes de montagne par des mouvements verticaux mais également tangentiels : c’est le concept de « nappes de charriage », dus à un refroidissement progressif du globe. Ainsi, il imagine que l’Europe s’est formée suite à une série d’orogenèses (formation d’un relief) successives. Marcel BERTRAND ( 1847-1907 ) , précise l’hypothèse de SUESS et montre que les continents nord-américain et européen sont formés de trois plissements successifs situés sur la bordure sud d’un vieux continent qu’ils agrandissent progressivement ( il s’agit des orogenèses calédonienne, varisque et alpine). Nous sommes au début du 20ième Siècle : des progrès techniques viennent ouvrir le champ des recherches en géologie : ce sont le développement de l’analyse des roches en lames minces par Sorby (1826-1908) et la généralisation des analyses chimiques.

Comment faire un lien entre toutes ces pensées et ces hypothèses ?

Le concept fédérateur est donné par : HAUG (1900) : la surface topographique exprime des plis : anticlinaux et synclinaux de grande amplitude. Notion de géosynclinaux  intracontinentaux où s’accumulent au fil des ans des sédiments. SUESS estime que le socle ancien métamorphique serait en se resserrant responsable de la dévagination du contenu sédimentaire des immenses géosynclinaux intracontinentaux avec l’idée que la force en jeu est le refroidissement responsable de la contraction du globe. Pendant des dizaines d’années les étudiants en géologie n’auront que ces notions (voir cours de fac) et devront faire avec … Un de mes condisciples de fac, Pierre THOMAS, devenu enseignant de géologie à l’ENS, où il mène des recherches en planétologie au sein du laboratoire des Sciences de la Terre, écrit : « on observait, on décrivait, on cataloguait mais on ne mesurait pas, on ne quantifiait que très peu, et surtout, on n’expliquait pas !.....ou plutôt , on expliquait en ayant recours à un verbiage …….on se rappelle du géosynclinal ! »

Du concept A au concept B

Reprenons les schémas : ce qui frappe c’est que dans le concept B, la croûte est différenciée en croûte continentale et croûte océanique. TAYLOR (1910) : l’hypothèse de la contraction de la Terre ne suffit pas à expliquer de manière satisfaisante la répartition et la jeunesse de certaines chaînes de montagne : il propose  « le fluage des continents » ( voir document) mais il n’apporte pas de preuves à son hypothèse. WEGENER (1880- 1930) : la formulation de la 1ière version de la dérive des continents lui est due (1910), mais le modèle de la Terre en contraction ne le convint pas : l’ampleur de certains plissements nécessiterait des forces de contraction fantastiques. Puisque le contraction de la Terre doit se faire de façon sensiblement uniforme,pourquoi les chaînes de montagnes trouvent-elles concentrées en des zones restreintes ? Les épaisseurs de sédiments observées sur les continents et dans les océans ne sont pas compatibles avec la notion de géosynclinaux. Il apporte des arguments :

Géophysiques : la répartition des altitudes terrestres est incompatible avec l’idée d’effondrements et de soulèvements à partir d’une altitude primitive uniforme. Si les continents peuvent se mouvoir verticalement (isostasie), rien ne les empêche de se mouvoir horizontalement. Des mesures géodésiques montrent la dérive du Groenland. Géologie complétant la similitude des côtes africaines et sud-américaines. Paléontologique justifiant son hypothèse de la Pangée. Paléoclimatiques permettant de montrer d’importants changements dans la position des continents par rapport aux pôles et à l’équateur. Mais WEGENER ne s’étend pas sur les causes de la dérive des continents (alors qu’il apporte beaucoup de preuves), et sa théorie tombe dans l’oubli après sa mort en 1930. ARGAND (1924) présente au congrès de Bruxelles « sa tectonique de l’ASIE » et propose de voir dans les grands édifices (Alpes, Himalaya) le résultat d’empilements crustaux liés au choc de masses en dérive, coinçant parfois des lames de sima (matériel océanique). La reprise de la théorie de WEGENER : grâce à l’évolution des techniques d’investigation : rôle important de l’armée qui au cours de la 2ième guerre mondiale développent l’exploration des fonds océaniques : ce sont les géophysiciens qui mèneront l’offensive contre le concept de l’écorce stationnaire. DU TOIT relance la théorie en 1937 : 2 grands blocs continentaux :Laurasie et Gondwana séparés par une mer La Téthys : mais pas d’explication  plausible sur l’origine des forces. Holmes, Griggs, Vening Meinesz mettent en évidence les courants de convections. Ewing, Menard, Bullard explorent les dorsales océaniques. Hess travaille sur l’expansion des fonds océaniques. Vine, Matthews, Cox, Doell, Dalrymple travaillent sur les anomalies magnétiques. Tous concourent à relancer la théorie de la dérive des continents et son complément la théorie de la tectonique des plaques : on est à la fin des années 60. Les étudiants de géologie entendent seulement parler de la théorie de la dérive des continents !

Concept B :

Vers la fin des années 1960, la théorie de la tectonique des plaques prend forme : elle est le fruit des travaux  évoqués  et des réflexions de Mc KENZIE et PARKER (1967), MORGAN(1968) et Le PICHON(1968). Son importance est énorme : elle est le cadre conceptuel dans lequel s’inscrivent la plupart des phénomènes géologiques, formation des chaînes de montagne, minéralisations,  évolution des marges océaniques, etc. Je ne vais pas expliquer la tectonique des plaques mais montrer comment elle permet de comprendre la formation des chaînes de montagne. Schéma concept B : il correspond au concept de l’océan : zone de divergence et accrétion du plancher océanique :  à commenter. Géophysiciens et géologues marins, ignorant les arguments de Wegener, sont partis des océans : ils proposent un mécanisme, l’expansion océanique à partir des dorsales , compensées par les subductions.

Une acceptation par étapes : Une première difficulté est apparue en France : l’adoption de la tectonique des plaques  et de la géologie océanique moderne fut difficile , en tout cas retardée, car au moment crucial, les enseignements universitaires étaient en quelque sorte bloqués par le dogme des géosynclinaux. (voir cours géologie 69/70 ; commentaire Pierre THOMAS). Les articles fondateurs de la théorie paraissent en Amérique au moment ou Jean AUBOUIN publie un ouvrage de base « Geosynclines » 1965. Au début des années 1970, Jean AUBOUIN se rallia à la théorie et au lieu de parler de « eu » et « mio-géosynclinaux », on parla d’océan et de marges continentales.

En quoi ce schéma est une bonne reconstitution du domaine paléogéographique dont sont issues les chaînes de montagne ?

A l’échelle de l’histoire de la Terre, la reconstitution du mouvement des plaques donne lieu à des modèles ou cycles, faisant alterner des périodes où les continents sont disloqués et des périodes où les continents sont rassemblés en super continents la Pangée : toute ouverture océanique  doit être compensée par une convergence et deux continents séparés par une ouverture océanique fusionneront à nouveau , isolant entre eux un lambeau de lithosphère océanique. Ainsi on peut représenter par une succession de schémas la mise en place d’une chaîne de montagne issue de la collision de deux continents : commentaire de schémas. On a donné le nom de cycle de Wilson , au cycle démarrant par un nouveau rift, se poursuivant par la création de plaques océaniques et la subduction  et se terminant par la collision continentale. Un tel cycle peut durer de 300 à 500 Ma d’années. Le dernier cycle a aboutit à la constitution de la Pangée , il y a 280 Ma d’années dont l’éclatement n’est pas encore achevé de nos jours.

Conclusion : La tectonique des plaques 35 ans après

Conférence de Pierre THOMAS, Nancy, Mai 1999. La tectonique des plaques à la mode des années 60 : ça pousse : Quel est le moteur de cette belle machine ? La convection dont la source d’énergie est la radioactivité naturelle : la convection est un mouvement de matière quand il y a un déséquilibre de densité (léger en haut, lourd en bas ) ; un déséquilibre de température (froid en haut, chaud en bas) : La lithosphère est mise en mouvement par des mouvements de convection de l’asthénosphère sous-jacente, asthéno entraînant la litho. Ça  tire : Pourquoi la lithosphère « plonge » ? 1m3 de lithosphère pèse 50 kg de plus que 1m3 d’asthénosphère ! Mais puisque ça s’enfonce, ça se réchauffe  donc ça s’allège donc ça ne devrait pas couler ! Rôle du métamorphisme : le basalte devient éclogite très dense , ce qui provoque la plongée et l’entretient puisque la plaque lithosphérique peut plonger jusqu’à la base du manteau (couche D’’). C’est cette plongée qui en fait serait le moteur de la tectonique des plaques : voir schéma de pierre THOMAS : c’est la traction exercée par le plongement des plaques dans les zones de subduction qui étire la croûte en des points provoquant son amincissement et par suite la remontée de l’asthénosphère, donnant lieu aux zones d’accrétion.

Bibliographie sommaire :

- Terre 88 : Bulletin pédagogique trimestriel APBG  N°2bis

- Géochroniques : N°101  Mars 2007. Dossier : de la géologie aux géosciences

- Site Internet : université de Liège :  une brève histoire de la géologie

                                              http://www.ulg.ac.be/geolsed/geol_gen/geol_gen.htm

- Pour la sciences N° 300 octobre 2002

- Conférence : La tectonique des plaques 35 ans après, de Pierre THOMAS, Nancy, Mai 1999