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Nouveau modèle géologique pour Vénus et la Terre archéenne

L'Abitibi a-t-elle ressemblé à Vénus?
11 septembre 2014 // par Joël Leblanc
L’histoire des sciences en est une de déjà-vu. En 1915, quand le climatologue allemand Alfred Wegener proposa son hypothèse de la dérive des continents, les géologues de l’époque l’ont vivement rejetée, tant elle était subversive et allait à l’encontre des théories acceptées. Ce n’est qu’au milieu du XXe siècle que de nouvelles connaissances géologiques sont venues appuyer les idées de Wegener et que la théorie de la tectonique des plaques a été acceptée des géologues. Une histoire drôlement familière pour Lyal Harris, géologue structural-géophysicien et professeur au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS, et Jean Bédard, géochimiste à la Commission géologique du Canada. 
 
Si la tectonique des plaques explique bien la dérive des continents et la formation des volcans et des chaînes de montagnes telle qu’elle se déroule depuis des centaines de millions d’années, nous ne sommes pas certains de pouvoir déterminer quand ce processus a commencé sur la Terre. Il y a plus de 2,5 milliards d’années, les continents bougeaient, mais à la suite d’une découverte sur la planète Vénus, un mécanisme tectonique différent vient d’être proposé par les deux chercheurs du Centre géoscientifique de Québec. Des idées neuves débattues par bien des collègues. 
 
Pour comprendre le cœur du problème, il faut remonter à l’Archéen, cette très lointaine époque où notre planète était encore toute jeune. D’après les dernières datations, la formation de la Terre remonte à 4,54 milliards d’années. L’Archéen commence plus tard, avec l’apparition de la vie primitive il y a environ 4 milliards d’années et elle dure pendant 1,5 milliard d’années.
 
C’est durant cette longue période que sont apparues les premières formations géologiques préservées sur la Terre. Aujourd’hui, on peut encore étudier quelques-unes de ces vieilles formations rocheuses au Groenland, dans le Bouclier canadien ‒ comme en Abitibi, au Québec ‒, à l’ouest de l’Australie et au sud de l’Afrique, par exemple. « Ces formations sont difficiles à étudier et à interpréter, explique Lyal Harris. Davantage de données géophysiques sont nécessaires pour comprendre leur structure profonde. Des traces laissées par les anciennes activités volcaniques et tectoniques ont été attribuées par un grand nombre de chercheurs à la tectonique des plaques. Jean et moi ne sommes pas d’accord. »
 
La Terre en mouvement
La tectonique des plaques, c’est la théorie qui explique la dérive des continents aujourd’hui. Notre planète est loin d’être entièrement solide : une partie de son intérieur, le manteau inférieur ou asthénosphère, est visqueuse, semi-fondue par endroits, et brassée par de lents courants de convection. Le manteau supérieur et la croûte constituent la lithosphère rigide qui « flotte » au-dessus. Mais cette lithosphère n’est pas continue et uniforme; elle se divise en une quinzaine de grandes plaques et d’autres plus petites, des microplaques. Ces plaques bougent les unes par rapport aux autres : parfois elles s’écartent, parfois elles entrent en collision, ailleurs elles ne font que glisser latéralement l’une contre l’autre, créant des rifts et des chaînes de montagnes, ou si elles s’enfoncent, des arcs de volcans.
 
« Mais à l’Archéen, souligne Jean Bédard, rien ne prouve que cela fonctionnait de la même façon. Depuis 30 ans, on cherche dans les vieilles formations rocheuses les indices d’une tectonique des plaques à cette époque, mais on ne les trouve pas. Au contraire, plusieurs facettes fondamentales de la géologie de l’Archéen ne peuvent s’expliquer par la tectonique des plaques. Nous pensons que d’autres mécanismes agissaient, et ce sont les travaux de Lyal sur Vénus qui semblent confirmer notre hypothèse. »
Des ressemblances structurales surprenantes
Pour vérifier leur hypothèse, les deux chercheurs devaient trouver un modèle, une planète où il n’y a pas de tectonique des plaques, mais où des continents semblaient avoir bougé. Ces « continents », Lyal Harris les a trouvés sur Vénus.
 
« Entre 1990 et 1994, la sonde américaine Magellan a imagé le relief la surface de la planète Vénus par radar et les variations de son champ gravitationnel ont été calculées à partir des changements minuscules dans l'orbite de Magellan. Grâce à de nouveaux outils en géophysique, les données gravitationnelles de Vénus, combinées à des interprétations radar, ont permis des découvertes étonnantes sur les structures géologiques et l’évolution tectonique de cette planète sœur de la Terre. Nous avons trouvé ce que nous cherchions : des systèmes de failles régionales qui montrent les déplacements des blocs (“plana”) de croûte épaisse, qui ressemblent à des continents terrestres, accompagnés par des rifts où la croûte est amincie. Soulignons qu’on considère généralement que cette planète ne montre pas les signes de la tectonique des plaques comme sur la Terre actuelle. » 
 
La plus importante région en jeu est Lakshmi Planum, un grand plateau situé près du pôle nord de la planète Vénus. En observant le relief autour de ce plateau, on voit des chaînes de montagnes qui se dressent sur son périmètre nord. « Si on compare avec la Terre, ça ressemble étonnamment à la situation de l’Inde, explique Lyal Harris. La plaque indienne, autrefois séparée de l’Australie et de l’Antarctique, s’est déplacée vers le nord jusqu’à ce qu’elle entre en collision avec la plaque eurasienne. Les sédiments de la marge passive indienne se sont plissés et chevauchés lorsque l’Inde s’est enfoncée sous le Tibet, formant la chaîne himalayenne, incluant l’Everest. D’autre part, de grandes failles de coulissage se sont développées alors que l’Indochine a été éjecté vers l’Est. »
 
Or, comme le montrent les reconstitutions de la dérive des continents, le sous-continent indien s’est déplacé plus vite que les autres continents. Certes, la tectonique des plaques a joué le rôle le plus important, mais l’Inde semble aussi avoir été poussé par autre chose. « Et cette autre chose, lance Lyal Harris, ce pourrait être un panache dans le manteau, une instabilité thermique qui monte vers la surface en un point précis. Un peu comme une fontaine dans un parc public, le manteau monte et fond, puis se répand en parasol lorsqu’il arrive sous la lithosphère. Un tel système peut très bien pousser une masse géologique dans une direction et la faire foncer dans une autre masse même sans la présence de la tectonique des plaques. Tout comme on voit sur Vénus à Lakshmi Planum, ou comme nous avons proposé pour expliquer la tectonique horizontale à l’Archéen dans le modèle développé par Jean. » 
 
« Dans l’Abitibi et la région géologique du Nord-du-Québec appelée l’Opatica, on trouve des structures géologiques archéennes qui démontrent une géométrie identique à celle que nous voyons autour du Lakshmi Planum sur Vénus. Si notre hypothèse est fondée, poursuit Jean Bédard, il faudra complètement repenser la façon de faire de la prospection minière, car les prédictions actuelles sont basées sur la tectonique des plaques et nous avons trouvé des preuves qu’elle n’était pas encore amorcée à cette lointaine époque. » 
 
Sommes-nous à l’aube d’un changement de paradigme? ♦
Liens complémentaires
Articles publiés
Bédard, J.H., Harris, L.B., Thurston, P. (2013) The hunting of the snArc. Precamb. Res. 229: 20–48
 
 
Harris, L.B., Bédard, J.H. (2014a) Crustal evolution and deformation in a non-plate tectonic Archaean Earth: Comparisons with Venus. In: Dilek Y, Furnes  H (Eds), Evolution of Archean Crust and Early Life, Modern Approaches in Solid Earth Sciences 7, Springer, Chapter 9, 215-288. ISBN 978-94-007-7614-2 & ISBN 978-94-007-7615-9 (eBook) http://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-007-7615-9_9
Images supplémentaires de l'article : http://www.geolsoc.org.uk/SUP18736
 
 
Harris, L.B &  Bédard, J.H. (2014b) Interactions between continent-like ‘drift’, rifting, and mantle flow on Venus ‒ gravity interpretations and Earth analogues. In: Platz, T., Massironi, M., Byrne, P., &  Hiesinger, H. (Eds), Volcanism and Tectonism Across the Inner Solar System. Geological Society of London Special Publication 401, doi: 10.1144/SP401.9 http://sp.lyellcollection.org/content/early/2014/05/15/SP401.9.abstract
 
 
Article à paraître
Bédard, J.H. & Harris, L.B. (sous presse) Neoarchean disaggregation and reassembly of the Superior Craton. Geology.
 
 
Affiches
 
 
Suggestion de lecture
Le géologue de la pâte à modeler (PlanèteINRS, mai 2009)
 

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