Les continents, à quelle vitesse se déplacent-ils par an ?
― Hawaï se rapproche du Japon à la vitesse de croissance d'un ongle
Les continents et les fonds marins reposent sur plusieurs immenses plaques de roche, toujours en mouvement aujourd'hui. Leur vitesse : quelques centimètres par an. C'est presque la même vitesse que la croissance de vos ongles. Trop lent pour être perçu en une vie, mais sans jamais s'arrêter, ce mouvement finit par traverser les océans.
En regardant une carte du monde, avez-vous déjà remarqué que la bosse à l'est de l'Amérique du Sud et le creux à l'ouest de l'Afrique semblent s'emboîter comme les pièces d'un puzzle ?
En réalité, ces deux continents étaient autrefois reliés. On pense qu'ils se sont peu à peu séparés, laissant place à l'océan Atlantique entre eux.
Alors, les continents sont-ils encore en mouvement aujourd'hui ? Et si oui, pourquoi ne sentons-nous rien ?
Deux raisons seulement expliquent qu'on ne le remarque pas
Les plaques qui portent les continents se déplacent d'environ 2 à 10 centimètres par an. Un ongle pousse d'environ 4 centimètres par an. Même en l'observant chaque jour, on ne perçoit pas l'instant où l'ongle pousse.
La maison, la montagne, la route : tout bouge avec vous. Il n'y a pas de repère « fixe » à proximité pour comparer. On n'a pu mesurer ce mouvement qu'en prenant des points de repère très loin dans l'espace.
Pourtant, ce mouvement « infime » ne s'arrête jamais. Accumulé sur des millions, des dizaines de millions d'années, il finit par représenter une distance capable de traverser un océan. Voyons cela dans l'ordre.
La même vitesse qu'un ongle. Mais sans pause
La surface de la Terre est recouverte d'une dizaine de grandes plaques de roche, appelées plaques tectoniques. Leur épaisseur serait de quelques dizaines à 100 kilomètres environ, et elles glissent lentement sur une couche plus molle située dessous.
La figure 1 compare la distance parcourue en un an avec des « choses qui poussent » familières. La plaque Pacifique, qui forme le fond marin à l'est du Japon, se déplacerait d'environ 8 centimètres par an. L'Atlantique s'élargit d'environ 2,5 centimètres par an. Selon certaines mesures, l'ongle pousse d'environ 3,5 millimètres par mois, soit environ 4 centimètres par an une fois converti.
À 8 centimètres par an, même après 80 ans de vie, cela ne fait que 6,4 mètres. En une vie humaine, cela ne couvrirait même pas la largeur d'une salle de classe. Pas étonnant qu'on ne le remarque pas.
8 centimètres par an, poursuivis pendant des dizaines de millions d'années : que se passe-t-il ?
Les îles d'Hawaï reposent sur la plaque Pacifique. Cette plaque se dirige globalement vers le Japon, donc Hawaï se rapproche un peu plus du Japon chaque année. La distance entre Tokyo et Hawaï est d'environ 6200 kilomètres.
Déplacez le curseur de la figure 2 pour faire avancer le temps. Après 10 000 ans, Hawaï n'a bougé que de 0,8 kilomètre. Mais après quelques dizaines de millions d'années, elle aurait traversé la majeure partie du Pacifique. Par une simple division, il faudrait environ 77,5 millions d'années pour parcourir 6200 kilomètres.
Le même calcul s'applique à l'Atlantique. En prenant environ 5000 kilomètres pour la largeur de l'Atlantique nord et 2,5 centimètres par an pour la vitesse d'élargissement, le temps nécessaire à son ouverture serait d'environ 200 millions d'années. On estime que l'époque où les continents formaient un seul bloc (la Pangée) a commencé à se fracturer il y a environ 200 millions d'années. Un simple calcul de vitesse × temps correspond presque exactement aux âges déduits des strates et des fossiles.
Comment a-t-on mesuré un mouvement invisible ?
L'idée que les continents se déplacent a été présentée en 1912 par l'Allemand Wegener. Mais, incapable d'expliquer ce qui faisait bouger les continents, cette théorie n'a longtemps pas été acceptée. Dans les années 1960, l'exploration des roches des fonds marins a progressé, révélant que le fond océanique s'élargissait peu à peu ; la théorie a enfin été reconnue.
Le mouvement n'a pu être mesuré directement qu'à partir des années 1980. En captant, avec deux antennes distantes, les ondes radio émises par des astres situés à des milliards d'années-lumière, on peut déterminer la distance entre les antennes avec une précision de quelques millimètres. On a utilisé comme repères des astres si lointains qu'ils ne bougent pas. Aujourd'hui, les méthodes utilisant les ondes des satellites artificiels se sont également répandues. Le Japon compte environ 1300 stations de référence électroniques de l'Autorité de l'information géospatiale, qui enregistrent en continu de combien de millimètres et dans quelle direction l'archipel japonais se déplace chaque jour.
Les îles d'Hawaï naissent juste au-dessus d'un point chaud fixe dans le sous-sol, puis sont transportées vers le nord-ouest par la plaque. C'est pourquoi l'île d'Hawaï, actuellement en éruption, est la plus récente, tandis que l'île de Kauai, au nord-ouest, se serait formée il y a environ 5 millions d'années. Les deux îles sont séparées d'environ 500 kilomètres. En divisant 500 km par 5 millions d'années, on obtient environ 10 centimètres par an. L'alignement même des îles constitue une règle qui enregistre la vitesse de la plaque.
La plaque Pacifique s'enfonce sous l'archipel japonais au niveau de la fosse à l'est du Japon. C'est pourquoi de nombreuses stations de référence électroniques de l'est du Japon rapporteraient être poussées vers l'ouest de quelques centimètres par an. Le Japon se trouve ainsi en première ligne, là où deux plaques se heurtent.
En résumé
Les continents et les fonds marins se déplacent d'environ 2 à 10 centimètres par an, à peu près à la vitesse de croissance d'un ongle. En une vie, cela ne fait que quelques mètres. Pourtant, ce mouvement continu traverse un océan en quelques dizaines de millions d'années, et a créé l'Atlantique en 200 millions d'années.
La Terre n'est pas lente : elle ne s'arrête jamais.
Même à la vitesse d'un ongle, 200 millions d'années suffisent à créer un océan.
Pour les traces conservées au fond des océans, lisez aussi l'article sur l'inversion des pôles Nord et Sud de la Terre, et pour les fossiles de coquillages en montagne, l'article sur les fossiles de coquillages trouvés en montagne.
- Tracez une fine ligne au feutre indélébile près de la base de l'ongle de votre index (si elle s'effac, retracez-la au même endroit).
- Un mois plus tard, mesurez avec une règle la distance entre la ligne et la base de l'ongle. Elle devrait être d'environ 3 à 4 millimètres.
- Multipliez cette longueur par 12 pour obtenir l'équivalent d'un an. C'est à peu près la distance que la Terre parcourt en un an. En accumulant la longueur d'ongle coupée sur un an, vous en aurez une sensation concrète.
La vitesse de croissance des ongles varierait légèrement selon l'âge, la saison et le doigt. Comparez aussi la main gauche et la main droite, ou les ongles des pieds.
Pour en savoir plus ― vocabulaire, formules et liens avec les manuels scolairesDu collège à l'université : le niveau de chaque passage est indiqué explicitement
- Collègeniveau du programme de sciences du collège
- Lycéeniveau du programme de « sciences de la Terre, fondamentales et avancées » au lycée
- Lycée+approfondissement lycée, ou contenu traité en encadré dans les manuels
- Universitécontenu non enseigné au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (géophysique, géodésie)
- Recherchesujet qui n'est même pas enseigné à l'université comme une « théorie établie » : les chercheurs l'étudient encore actuellement
CollègeVocabulaire : ce phénomène a des noms
- Plaque tectonique : plaque de roche recouvrant la surface de la Terre, d'une épaisseur de quelques dizaines à 100 kilomètres. Il en existe une dizaine.
- Fosse océanique : fossé profond où une plaque s'enfonce sous une autre. On en trouve à l'est et au sud du Japon.
- Dorsale océanique : chaîne de montagnes sous-marine, lieu de naissance des plaques qui se séparent de part et d'autre. Elle traverse le milieu de l'Atlantique du nord au sud.
CollègeLycéeVérification par le calcul : en combien d'années Hawaï atteindrait-elle le Japon ?
Comme la vitesse de la plaque peut être considérée comme quasi constante, la distance parcourue se calcule par « vitesse × temps ». Inversement, en divisant la distance par la vitesse, on obtient le temps nécessaire.
| En notation symbolique | d = v × t (donc t = d ÷ v) |
| En mots | Distance parcourue = distance parcourue en un an × nombre d'années |
| D'où vient cette formule | C'est la relation d'un mouvement dont la vitesse ne change pas (mouvement uniforme). Les plaques se déplaçant presque dans la même direction et à la même vitesse pendant des millions d'années, on peut l'estimer avec cette formule. |
| d | Distance parcourue (km) |
| v | Vitesse (env. 8 cm/an ; ici convertie en km par dix mille ans) |
| t | Temps nécessaire (en dix mille ans) |
| Vitesse de la plaque Pacifique | env. 8 cm par an |
| Distance Tokyo-Hawaï | env. 6200 km |
| Largeur de l'Atlantique nord et vitesse d'élargissement | env. 5000 km, env. 2,5 cm par an |
| Distance parcourue en 10 000 ans (en cm) | 8 × 10000 = 80000 |
| Conversion en km (1 km = 100 000 cm) | 80000 ÷ 100000 = 0,8 |
| Temps pour qu'Hawaï atteigne le Japon (en dix mille ans) | 6200 ÷ 0,8 = 7750 |
| Distance parcourue en une vie humaine (80 ans, en cm) | 8 × 80 = 640 |
| Atlantique : élargissement en 10 000 ans (en km) | 0,8 ÷ 3,2 = 0,25 |
| Temps d'ouverture de l'Atlantique (en dix mille ans) | 5000 ÷ 0,25 = 20000 |
Hawaï atteindrait le Japon en environ 7750 dix-mille ans, soit environ 80 millions d'années. En une vie, cela ne fait que 6,4 mètres. L'Atlantique se serait ouvert en 20000 dix-mille ans, soit environ 200 millions d'années, ce qui correspond à peu près à l'estimation de l'époque où les continents ont commencé à se fracturer (2,5 cm représentant 1/3,2 de 8 cm, on divise 0,8 km par 3,2).
LycéeLycée+Le fond océanique, un « magnétophone »
LycéeDans le programme de sciences de la Terre fondamentales, on l'apprend sous le nom de tectonique des plaques. La roche née à la dorsale enregistre, en se refroidissant, l'orientation du champ magnétique terrestre de l'époque. Comme ce champ s'inverse tous les quelques centaines de milliers d'années, des bandes symétriques s'alignent de part et d'autre de la dorsale. En comparant la largeur de ces bandes et leur âge, on détermine la vitesse d'élargissement du fond océanique (théorie de l'expansion des fonds océaniques).
Lycée+Comme à Hawaï, lorsqu'une île se forme au-dessus d'une source de chaleur fixe sous la plaque (point chaud), l'alignement des îles révèle la direction et la vitesse du mouvement de la plaque. La chaîne des monts sous-marins de l'Empereur, qui se prolonge au nord d'Hawaï, présente un coude marqué, considéré comme la preuve d'un changement de direction du mouvement de la plaque Pacifique. La méthode mesurant la distance par ondes radio d'astres lointains s'appelle l'interférométrie à très longue base (VLBI).
UniversitéLe mouvement des plaques sur une sphère : pôle d'Euler et forces motrices
Le mouvement d'une plaque sur une sphère peut s'exprimer comme une rotation autour d'un axe passant par le centre de la Terre. Le point où cet axe croise la surface est appelé pôle d'Euler. Sur une même plaque, plus on s'éloigne de 90° du pôle d'Euler, plus la vitesse est élevée ; près du pôle, elle est plus faible. Parmi les forces motrices des plaques, la « traction du panneau plongeant » (slab pull), exercée par la plaque froide et lourde qui s'enfonce à la fosse et qui tire le reste, serait la plus importante. S'y ajoutent la poussée à la dorsale et l'entraînement par la convection du manteau. La vitesse de rotation de chaque plaque est compilée dans des modèles géologiques (comme MORVEL) établis à partir des bandes magnétiques et du relief des fonds marins.
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : Tectonique des plaques (Wikipédia japonais) ／ Théorie de la dérive des continents (Wikipédia japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore clairement établi
- Quand le mouvement des plaques a-t-il commencé ? Certains pensent qu'il a débuté il y a environ 4 milliards d'années, d'autres bien plus tard ; la question n'est pas tranchée.
- Pourquoi n'existe-t-il que sur Terre ? Vénus et Mars ne présentent pas de mouvement de plaques comparable à celui de la Terre. La présence d'eau ou la différence de chaleur interne sont évoquées comme pistes, mais la raison reste incertaine.
- La part de chaque force motrice. La contribution respective de la traction, de la poussée et de l'entraînement par le bas fait encore débat selon les plaques.
Autrement dit, le contenu de cet article reste « l'explication dans l'état actuel des connaissances ». En particulier, les prévisions à des dizaines de millions d'années ne sont que de simples estimations fondées sur l'hypothèse que la vitesse et la direction ne changent pas.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Passage correspondant de cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences « les transformations de la Terre », mathématiques « vitesse, temps, distance » | Vocabulaire des plaques et fosses, calcul vitesse × temps |
| Lycée | Sciences de la Terre fondamentales « tectonique des plaques » | Bandes du fond océanique, théorie de l'expansion des fonds océaniques |
| Lycée+ | Sciences de la Terre « points chauds », « géodésie spatiale » | Âge des îles d'Hawaï, mesure par ondes radio des astres |
| Université | Géophysique, géodésie | Pôle d'Euler, traction du panneau plongeant |
| Recherche | Évolution de la Terre, planétologie comparée | Début du mouvement des plaques, différences avec les autres planètes |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Pourquoi les coordonnées des cartes (référence géodésique) sont corrigées tous les quelques années |
- DeMets, C., Gordon, R. G., Argus, D. F. (2010) Geologically current plate motions. Geophysical Journal International
- Yaemsiri, S., Hou, N., Slining, M. M., He, K. (2010) Growth rate of human fingernails and toenails in healthy American young adults. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology
- Autorité de l'information géospatiale du Japon (国土地理院), document explicatif sur « les stations de référence électroniques / système d'observation continue GNSS (GEONET) »
- Observatoire astronomique national du Japon (dir.), *Chigaku Nenpyō* (Tableau annuel des sciences de la Terre), Maruzen Publishing (section sciences de la Terre : mouvement des plaques) (国立天文台編『理科年表』丸善出版)
- Wegener, trad. Toshio Miyashiro et Fumiko Shitō, *La genèse des continents et des océans*, coll. Iwanami Bunko (ウェゲナー著『大陸と海洋の起源』岩波文庫)
※Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. La vitesse des plaques varie selon le lieu et la méthode de mesure, et les prévisions de position future sont de simples estimations fondées sur l'hypothèse que la vitesse et la direction restent constantes.