dimanche 7 novembre 2010

Wegener et la théorie de la dérive des continents

graphique idata.over-blog.com


La dérive des continents de Wegener bouleverse la vision de la Terre : elle défend l'idée essentielle du mobilisme et explique que les continents se cassent, dérivent sur des milliers de kilomètres, et entrent en collision. Dans quelles conditions a-t-elle pu être proposée et pourquoi a-t-elle été écartée ?

Les prémices d’une tectonique globale

A la fin du XIXe siècle, Eduard Suess fait entrer les sciences de la Terre dans une ère nouvelle en développant une vision globale de la tectonique de surface et en cherchant à faire ressortir les traits fondamentaux de la planète. Il observe des analogies de faunes et de flores fossiles entre des régions aujourd'hui séparées par des océans et remarque que celles-ci sont inexplicables si l'on n'admet pas l'existence de liaisons intercontinentales : l'isolement génétique aurait nécessairement abouti à de profondes divergences. Il en déduit que les continents étaient autrefois beaucoup plus étendus et qu'ils se sont effondrés en leur milieu pour former les bassins océaniques.

  • L'ouvrage d'Eduard Suess - La Face de la Terre - publié entre 1883 et 1909 fait entrer la géologie dans une ère nouvelle, comme le souligne Marcel Bertrand :

    « La méthode maîtresse de ce livre, celle du groupement et du rapprochement des faits, n'est sans doute pas spéciale à M. Suess ; c'est elle au fond que nous employons tous, quand nous comparons la région étudiée par nous avec les régions voisines. Mais ce qui est nouveau, ce qui est même inattendu, c'est qu'elle ait pu s'étendre à l'ensemble du globe ; que sans appeler à son aide aucune hypothèse de principe, aucun postulatum arbitraire, elle ait pu, d'un bout à l'autre de notre hémisphère, montrer des rapports et établir des liaisons qui, par exemple, n'étaient même pas aperçus d'un bout à l'autre de la France. M. Suess a su s'élever assez haut pour voir les traits fondamentaux de l'ensemble s'accuser au milieu de la complexité des détails. »(in E. Suess, La Face de la Terre, Préface, tome I, 1883 ; traduction française, Paris, Armand Colin, 1905, p.vi.)

    Marcel Bertrand, en 1887, affirme lui aussi que l'Amérique du Nord et l'Europe formaient autrefois un seul continent qui s'est effondré en son centre pour constituer l'Atlantique. L'unité des deux blocs continentaux est démontré, le croît-il, par le prolongement des chaînes européennes (chaînes calédonienne, hercynienne et alpine) sur le continent américain. Les mêmes faits (analogies des faunes et des flores fossiles, analogies des côtes américaines et européennes) seront repris par Wegener mais avec une autre interprétation.

    Emile Haug considère de son côté en 1900 que les chaînes de montagnes se forment uniquement le long de bandes étroites (les géosynclinaux) intercalées entre des unités continentales stables. La déformation tectonique se confine donc dans des endroits précis du globe, ce qui formera plus tard une des bases de la théorie de la tectonique des plaques. La distribution des roches volcaniques à la surface de la Terre est également l'objet de spéculations.

    En 1900, Haug montre l'intérêt de l'étude de la répartition des faunes fossiles pour les reconstitutions paléogéographiques :

    « Il est bien rationnel d'admettre que chaque unité continentale a eu sa faune propre tant qu'elle est restée isolée, que des migrations se produisent chaque fois que des communications par terre s'établissent avec une unité voisine et que la faune la mieux organisée dans la lutte pour l'existence arrive à s'implanter et à refouler la faune autochtone dans les parties plus reculées du continent. Si plus tard l'unité continentale est morcelée par un effondrement partiel, les résidus de faunes permettront de rétablir par la pensée l'ancienne connexion. On voit quels services précieux peut nous rendre l'étude des faunes terrestres dans les essais de reconstitution des continents morcelés. » (E. Haug, « Les géosynclinaux et les aires continentales », Bulletin de la Société géologique de France, 3e série, 28, 617-711, 1900, p.642.)

    La dérive des continents de Wegener

    Alfred Wegener présente son idée de la dérive des continents en janvier 1912, puis il la développe progressivement jusqu’à sa mort, en 1930. Il n’est pas le premier à supposer une translation continentale : Owen (1857), Snider-Pellegrini (1858), Fisher (1882), Pickering (1907), Baker (1912) et surtout Taylor (1910) ont émis avant lui des idées mobilistes mais le titre de « père de la dérive » lui revient indiscutablement car il est le premier à étayer son hypothèse par un nombre considérable de « preuves » émanant de sources très diverses pour en faire une théorie scientifique cohérente.

    Dans la préface de son ouvrage, Wegener insiste sur la nécessité de développer une vision globale de la planète, incluant l'ensemble des sciences de la Terre :

    « Pour dévoiler les états antérieurs du globe, toutes les sciences s'occupant des problèmes de la terre doivent être mises à contribution et ce n'est que par la réunion de tous les indices fournis par elles que l'on peut obtenir la vérité ; mais cette idée ne paraît toujours pas être suffisamment répandue parmi les chercheurs. […] Ce qui est certain, c'est qu'à une époque donnée la terre ne peut avoir eu qu'une seule face sur laquelle elle ne nous fournit pas de renseignements directs. Nous sommes devant la terre comme un juge devant un accusé refusant toute réponse, et nous avons la tâche de découvrir la vérité à l'aide de présomptions. Toutes les preuves que nous pouvons fournir présentent le caractère trompeur des présomptions. Quel accueil réserverions-nous au juge qui arriverait à sa conclusion en utilisant seulement une partie des indices à sa disposition ? Ce n'est qu'en réunissant les données de toutes les sciences qui se rapportent à l'étude du globe que nous pourrons espérer obtenir la « vérité », c'est-à-dire l'image qui systématise de la meilleure façon la totalité des faits connus et qui peut, par conséquent, prétendre être la plus probable. Et, même dans ce cas, nous devons nous attendre à ce qu'elle soit modifiée, à tout moment, par toute nouvelle découverte, quelle que soit la science qui l'ait permise. » (Alfred Wegener, La genèse des continents et des océans, Préface, 1928 ; réédition, Paris, C. Bourgois, 1990, p. XIII-XIV.)

    Wegener explique sur quelles bases il a conçu sa théorie de la dérive des continents :

    « La première idée des translations continentales me vint à l'esprit dès 1910. En considérant la carte du globe, je fus subitement frappé de la concordance des côtes de l'Atlantique, mais je ne m'y arrêtai point tout d'abord, parce que j'estimai de pareilles translations invraisemblables. En automne 1911, j'eus connaissance par hasard, en lisant une collection de rapports scientifiques, de conclusions paléontologiques, inconnues jusqu'alors pour moi, admettant l'existence d'une ancienne liaison terrestre entre le Brésil et l'Afrique. Cela m'engagea à faire un examen préalable et sommaire des résultats connexes au problème des translations, tant en Géologie qu'en Paléontologie. J'obtins tout de suite des confirmations assez importantes pour commencer à être convaincu de l'exactitude systématique de la théorie. » (Alfred Wegener, La genèse des continents et des océans, 1928 ; réédition, Paris, C. Bourgois, 1990, p. 1.)

    Les translations continentales réconcilient à la fois les preuves paléontologiques et les exigences de l'isostasie :

    « Si nous prenons comme base la théorie des translations, nous répondons à toutes les exigences justifiées, tant à celles de la loi des anciennes liaisons continentales qu'à celles de la permanence. Nous n'avons qu'à énoncer ces lois comme il suit : Ponts continentaux ? Oui, non pas grâce à des continents intermédiaires affaissés, mais à des socles continentaux jadis contigus. Permanence ? Oui, pas de chaque continent ou océan pris individuellement, mais permanence de la surface océanique totale et de la surface continentale totales prises en bloc. » (Alfred Wegener, La genèse des continents et des océans, 1928 ; réédition, Paris, C. Bourgois, 1990, p. 21.)

    Wegener affirme que les continents, constitués de sial reposent sur un substratum de sima plus dense qui affleure directement au niveau des océans. Les continents, autrefois réunis en une seule masse continentale nommée Pangée, se sont dispersés pour atteindre leur position actuelle en fendant le sima qui les entoure. Les idées nouvelles sont de remplacer les continents intermédiaires affaissés de Suess par une translation continentale et de faire intervenir la théorie de l'isostasie. Les thèses de Wegener apparaissent comme un bouleversement radical des conceptions géologiques classiques.

    Wegener présente plusieurs arguments, certains anciens, d'autres nouveaux, en faveur de sa théorie :

    • la correspondance entre les formes des continents. Il ne s’agit pas uniquement de l’emboîtement géométrique des pièces d’un même puzzle car d’un continent à l’autre, ce sont également les formations géologiques qui se poursuivent de manière très satisfaisante.

      • Les analogies des faunes et des flores fossiles qui imposent des liaisons intercontinentales

      • Les traces glaciaires qui ne peuvent se comprendre que si les continents du Gondwana ont été autrefois réunis.

        L’ampleur des déformations tectoniques observés dans les chaînes de montagnes qui nécessitent des mouvements tangentiels très importants.

        • Les échanges de signaux horaires entre des stations radiotélégraphiques du Groenland et de l’Europe qui semblent indiquer une évolution dans la différence des longitudes.

        Les concordances de nature stratigraphique, lithologique, paléontologique, tectonique et volcanique entre les côtes de continents disjoints constituent une des « preuves » de la théorie de Wegener :

        « Ce qui présente une importance décisive c'est le fait qu'en partant d'un emboîtement des socles, où l'on n'a utilisé que la configuration des côtes, on soit arrivé à une si parfaite adaptation, toutes les formations d'une côte venant se raccorder aux extrémités des formations analogues de la côte opposée. C'est comme si nous cherchions à reconstituer un journal déchiré d'après les contours de ses fragments, pour vérifier ensuite si les lignes se correspondent. S'il en est ainsi, il ne nous reste pas d'autre alternative que d'admettre que les fragments étaient antérieurement réunis de la même manière. Qu'une seule ligne permette un pareil contrôle et il y aurait déjà une forte probabilité en faveur de l'exactitude de la reconstitution. Si n lignes permettent le contrôle, la probabilité de l'exactitude est la ne puissance de la précédente. »(Alfred Wegener, La genèse des continents et des océans, Préface, 1928 ; réédition, Paris, C. Bourgois, 1990, p. 75.)

        Les forces de la dérive

        La théorie de la dérive est grandiose mais une difficulté essentielle demeure : la sismologie a démontré au début du XXe siècle que le globe est solide, comment les continents peuvent-ils se déplacer au sein d’un milieu solide ? En s’appuyant sur les mouvements isostatiques, Wegener explique que la couche de sima tout en étant solide peut présenter un comportement fluide. Si les mouvements verticaux sont possibles, pourquoi les mouvements horizontaux seraient-ils exclus ?

        Wegener envisage quatre forces susceptibles de jouer un rôle moteur :

        • La force d’Eötvös qui est une conséquence de la théorie de l’isostasie sur une Terre aplatie et qui pousse les continents vers l’équateur,

          • La force d'Eötvös provient de ce que le centre de gravité G du continent est distinct du centre d'action P de la force d'Archimède et qu'à l'intérieur d'une Terre ellipsoïdale, la direction de la pesanteur s'écarte de la normale à la surface : le poids g du continent et la poussée d'Archimède a (inverse du poids j du matériau déplacé) donnent naissance à une résultante e dirigée vers l'équateur.

          • les forces de précession,

          • es frictions des marées qui poussent les continents vers l’ouest,

          • l’attraction directe entre les continents.

          Ces forces sont excessivement faibles (la force d’Eötvös, de loin la plus importante, a une amplitude qui ne dépasse pas trois millionième de celle de la pesanteur), mais parce qu’elles agissent constamment dans la même direction et avec la même intensité, Wegener affirme qu’elles peuvent produire des déplacements importants.

          Le rejet de la théorie de Wegener

          Ce n’est qu’en 1922 que les géologues commencent à s’intéresser aux thèses de Wegener. Passée la réserve du début, les hostilités deviennent de plus en plus virulentes. Les détracteurs doutent du sérieux scientifique de Wegener et pour justifier leur rejet ils argumentent que les mesures géodésiques de l’éloignement du Groenland sont plus qu’incertaines, que les ajustements entre continents sont imprécis et sans doute accidentels, que les ressemblances géologiques et paléontologiques ne sont pas si évidentes et qu’il est bien téméraire de vouloir prouver l’existence d’un ancien continent unique en cherchant à raccorder les moraines glaciaires…

          Lake, en 1922, ouvre les hostilité contre la théorie Wegener, en mettant en doute le sérieux de sa démarche scientifique :

          « Wegener lui-même n'aide pas son lecteur à se faire un jugement impartial. Même si son attitude a pu être originale, dans son livre, il ne cherche pas la vérité, il défend une cause, et il ferme les yeux devant chaque fait et chaque argument qui la contredit » (in U. Marxin, Continental drift : Evolution of a concept, Washington, Smithsonian Institution Press, 1973, p. 83.)

          Et que se passe-t-il sur le fond des océans et avant les 200 derniers millions d’années ? Wegener n’en dit rien et ces deux lacunes ont certainement joué un grand rôle dans le rejet de sa théorie.

          Mais les détracteurs trouvent leurs objections les plus fortes dans le mécanisme invoqué pour rendre compte des mouvements : l’intensité des forces supposées est bien trop faible, la résistance du sima bien trop forte pour permettre un déplacement appréciable des continents.

          Le chef de fil des négateurs absolus est Harold Jeffreys (1891-1989). Il calcule que les forces supposées ont une amplitude 2,5.105 fois trop faible pour mouvoir et déformer les blocs continentaux et pour lui la théorie des translations est « out of the question ».

          En 1924, Jeffreys s'oppose résolument à la théorie de Wegener en soutenant que les forces envisagées sont bien trop faibles pour mouvoir les continents :

          « Une autre hypothèse impossible est fondée sur la conception que la Terre est dénuée de toute résistance à la déformation. Cette hypothèse affirme qu'une petite force peut non seulement provoquer des mouvements indéfiniment grands, à condition qu'elle dispose d'une durée suffisante, mais encore qu'elle peut surmonter une force plusieurs fois plus importante et agissant dans le sens inverse pendant la même durée. Par exemple, selon la théorie de Wegener, une force minuscule n'aurait pas seulement déplacé l'Amérique par-delà l'Atlantique actuel, mais encore la résistance opposé à ce mouvement par le fond du Pacifique aurait provoqué l'élévation des montagnes Rocheuses. […] Pour que cette formation de montagnes se réalise toutefois, il faut un apport d'énergie pour élever les roches concernées ; la contrainte disponible doit surmonter la gravitation et doit donc dépasser la pression exercée par le poids de la montagne. Le frottement des marées et les différences entre les valeurs de la gravitation dans les parties supérieures et inférieures des continents sont généralement les forces invoquées par des théories de ce type ; elles sont capables de produire des contraintes de l'ordre de 10-5 dynes/cm2 [10-6 Pa], alors que pour élever les Rocheuses il faudrait environ 109 dynes/cm2 [108 Pa]. La supposition selon laquelle la Terre pourrait être déformée indéfiniment par de petites forces à la seule condition que celles-ci agissent longtemps, est donc une supposition très dangereuse, qui peut conduire à des erreurs graves. (Harold Jeffreys, The Earth, 1924, Cambridge, University Press, p. 261.)

          En 1929, Jeffreys est encore plus ferme sur son rejet de la théorie de Wegener :

          « Il n'y a par conséquent pas la moindre raison de croire que des déplacements en bloc de continents à travers la lithosphère soient possibles. […] Une dérive séculaire des continents, telle qu'elle a pu être soutenue par A. Wegener et autres, est hors de question. »

          En 1930, l’année de la mort de Wegener, sa théorie est écartée, soit parce qu'elle manque de solidité, soit parce qu'elle est trop perturbante.. Trois citations peuvent l'illustrer :

          « C'est un beau rêve, le rêve d'un grand poète. Mais essaye-t-on de l'étreindre, on s'aperçoit n'avoir dans les bras que de la vapeur, de la fumée. Elle attire, elle intéresse, elle amuse l'esprit, mais la solidité lui manque. » (Pierre Termier, La Dérive des continents, Monaco, 1924.)

          « Un continent en mouvement est aussi étrange pour nous que l'était une Terre en mouvement pour nos ancêtres, et nous pouvons être aussi fourvoyés qu'eux. » (Lake, « Wegener's Hypothesis of the Continental Drift », Geographical Journal, 61, 179-194, 1923.)

          « Si nous croyons l'hypothèse de Wegener, nous devons oublier tout ce que nous avons appris dans les soixante-dix dernières années et retourner sur les bancs de l'école. » (R. T. Chamberlin, « Some of the objection to Wegener's Theory », in W. A. Van Waterschoot Van Der Gracht, Theory of continental drift : a symposium, Tulsa, American Asociation of the Petroleum Geologists, 1928, p. 87.)

          Les forces avancées apparaissent entièrement inadéquates, et puisque aucun mécanisme satisfaisant n’existe pour déplacer les continents, les continents n’ont pas pu dériver !

          Mais l’absence d’un mécanisme plausible n’explique certainement pas tout. Car lorsque Holmes présente en 1928 un mécanisme beaucoup plus satisfaisant en invoquant les courants de convection, il n’est pas suivi et l’hypothèse de la dérive n’est pas reconsidérée. Finalement, ce sont sans doute les réticences à abandonner les anciennes connaissances et à changer radicalement de cadre interprétatif qui n’ont pas permis de suivre les visions pourtant si fécondes de Wegener. Il était trop tôt pour que le mobilisme à une échelle globale puisse être reconnu.

          La théorie de Wegener après 1930

          Après 1930, la théorie des translations acquiert un statut particulier. Rejetée par la majorité, elle ne disparaît pas pour autant des spéculations géologiques et continue d’être exposée dans les ouvrages scientifiques mais sans provoquer de nouveaux débats.

          Voici trois citations d'auteurs français pour le mettre en évidence :

          « Il ne manque donc pas de preuve, ou du moins d'arguments de première valeur, qui autorisent l'évolution de la surface terrestre conçue par Wegener, et lui confèrent la valeur d'une hypothèse fructueuse. […] Nous sommes donc en présence d'une hypothèse grandiose, étayée par des arguments très sérieux dont elle nous donne une explication cohérente. Elle ne va pas sans difficulté et demande en tout cas à être serrée de très près, sans idée préconçue dans un sens ni dans l'autre. Mais on peut concevoir que les objections seront réduites par quelque aménagement de la théorie. » (G. Denizot, in P. Dive, La Dérive des continents et les Mouvements inter-telluriques, 1933 ; réédition Paris, Dunod, 1950, p. 85-86.)

          « Ainsi la théorie de Wegener explique avec une remarquable aisance la plupart des phénomènes géologiques et géographiques. Les difficultés les plus considérables disparaissent à son contact. Elle jongle, littéralement, avec les masses continentales : les faisant se rapprocher ou s'éloigner tour à tour, se heurter, se plisser, monter les unes sur les autres. On a l'impression de jouer à un puzzle gigantesque et de commander aux éléments. Mais n'est-ce pas là, précisément, le grand danger et le point faible de cette « hypothèse trop commode » qui n'est, somme toute, qu'une hypothèse de travail et nullement une théorie définitive. » (L. Bertin, Géologie et Paléontologie, 5e éd., Paris, Larousse, 1946.)

          « Après mûre réflexion, je pense que la théorie de Wegener recèle une grande part de vérité. Est-ce dire que j'adopte sans en retrancher un mot les conclusions du savant allemand et que je fais miennes les idées exposées dans un livre qui, au temps où j'étais étudiant, me paraissait plus ressembler à un roman bien conçu qu'à un mémoire scientifique ? Est-ce dire que pour moi le déplacement des continents représente le seul moteur de l'orogenèse ? Certes non. Mais une telle attitude me paraît simplement objective et je pense que l'idée de la dérive des continents doit être prise sérieusement en considération ; elle mérite infiniment mieux que l'accueil boudeur et les discussions réticentes réservées à cette hypothèse par certains savants, trop visiblement réfractaires à des idées révolutionnaires. » (M. Roubault, La Genèse des Montagnes, Paris, PUF, 1949, p. 175.)

          Il faut attendre 1954 et les études sur le paléomagnétisme des roches de Keith Runcorn et de Ted Irving pour qu’elle revienne sur le devant de la scène.

          En 1955, les mesures sur le paléomagnétisme des roches relancent la théorie de Wegener, comme le rapporte Gutenberg:

          « La discussion ci-dessus montre que les résultats récents concernant le mouvement des pôles magnétiques par rapport aux continents s'accordent bien avec la conception plus ancienne des mouvements continentaux fondés sur les données paléontologiques. C'est là un exemple d'une hypothèse qui a été renforcée par l'apport de plusieurs données d'un type différent de celles sur lesquelles elle était fondée au départ. Il semble plus probable aujourd'hui qu'à l'époque de la formulation de la théorie de Wegener, que les continents ou des parties des continents se sont déplacés considérablement les uns par rapport aux autres et par rapport à l'axe de la Terre au cours de l'histoire géologique. » (B. Gutenberg, Physics of the Earth's Interior, New York et Londres, Academic Press, 1959.)

          Les études paléomagnétiques montrent que la position du pôle de rotation n'est pas fixe à la surface du globe mais qu'elle a évolué au cours des temps. Cette migration polaire n’est pas identique lorsqu’elle est déterminée par rapport à l’un ou l’autre des continents mais les écarts sont annulés si l’on suppose un mouvement relatif entre les blocs continentaux.

          Les études paléomagnétiques apportent donc une nouvelle « preuves » des translations continentales et surtout elles permettent de reconstituer les dérives avant les 200 derniers millions d'années. Elles relancent pour un temps la théorie de Wegener, sans toutefois arriver à ébranler le scepticisme des opposants qui, cette fois, mettent en doute la qualité des mesures.

          La dérive des continents telle que l’avait imaginée Wegener et fondée sur la seule observation des continents continue donc d’être rejetée. La géologie des fonds océaniques n'étant toujours pas prise en compte, il était encore trop prématuré de vouloir développer une théorie qui puisse reprendre ou remplacer celle de Wegener. Ce n’est que lorsque Hess découvrira en 1960 l’expansion des fonds océanique que les idées mobilistes pourront s’imposer et permettre d’aboutir à la formulation de la théorie de la tectonique des plaques.

          http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-derive-continents-wegener.xml

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