Section 18 Terre et planètes telluriques : structure, histoire, modèles

3. Processus et couplages terre interne et terre externe

Un accent fort a été mis ces dernières années sur les couplages existant entre tectonique, érosion, volcanisme, climat, et biosphère, recherches fédérées en particulier par le biais de Comités Thématiques de l'INSU tel que le comité SYSTER. Ces recherches ont rassemblé toute une communauté de chercheurs de différentes disciplines et ont permis des avancées majeures dans la compréhension des liens reliant l'intérieur et la surface de la Terre. Beaucoup reste cependant encore à faire dans ce domaine et l'exploration de ces couplages doit être poursuivie dans les années à venir.

3.1. Tectonique des plaques, couplage avec le manteau et les enveloppes externes

La tectonique des plaques est maintenant explorée non plus dans le seul cadre des lithosphères en convergence ou en divergence, mais en relation avec ses enveloppes adjacentes, le manteau et les enveloppes externes. La mécanique de la lithosphère reste au cœur de ces questionnements. Elle est de plus en plus systématiquement abordée de manière conjointe en combinant des observations géologiques quantitatives sur les zones déformées, de la modélisation numérique ou analogique, et des études expérimentales. La rhéologie, en particulier celle de la lithosphère continentale dans toute sa complexité, constitue un champ d'investigation toujours très ouvert. Elle contrôle en effet au premier ordre le comportement des frontières de plaques et des domaines intraplaques. À l'échelle locale, le couplage de la lithosphère avec le manteau, moteur ou résistant, sur la construction des chaînes de montagnes, y est exploré. Le rôle modulateur et/ou moteur de l'érosion sur la dynamique orogénique locale apparaît de plus en plus clairement. Ce raisonnement est étendu à l'échelle globale, où les interactions de la lithosphère avec le manteau d'une part, avec l'érosion d'autre part, sont envisagées comme des processus primordiaux dans l'édification et l'évolution des reliefs notamment. Les liens qui relient la Terre solide en déformation (tectonique horizontale d'une part, topographie – dynamique ou isostatique – d'autre part) avec l'hydrosphère et l'atmosphère, et de manière plus marginale avec la biosphère, sont également un terrain fertile. L'exploration des processus préalablement cités bénéficie de flux de données de plus en plus abondants, de diverses natures (cinématique, thermique, structurale, chimiques, pétrologiques). Ces données permettent aujourd'hui de placer l'étude de la tectonique des plaques et des couplages afférents dans un spectre continu allant de l'échelle intra-cristalline jusqu'à celle de la lithosphère.

Avec le climat et la nature des roches exhumées par les processus d'érosion, la tectonique des plaques joue un rôle majeur dans la formation des reliefs de la Terre, et dans la quantité de sédiments arrivant dans les bassins sédimentaires. La quantification des flux sédimentaires et les échelles de temps caractéristiques des séquences de remplissage des bassins restent encore à être précisées, et il est nécessaire de mieux quantifier les taux de dénudation des continents, ce qui implique la datation des surfaces dénudées et des grandes phases de soulèvement. L'étude des processus de transfert de sédiments au niveau des marges continentales prend également de l'importance car ces domaines sont des sites majeurs de l'enregistrement sédimentaire et constituent un domaine de transition entre les dépôts sur les plates-formes et les transferts de matériel en domaine marin profond.

3.2. Évolution biogéochimique et climatique de la Terre, couplage avec la Terre solide

La compréhension des liens existants entre le système climatique, les cycles biogéochimiques, et les processus géodynamiques passe nécessairement par une amélioration de la couverture spatiale et temporelle des données paléo-environnementales existantes, encore peu nombreuses pour certaines époques et latitudes, dans les environnements terrestres comme marins. Le développement de nouveaux traceurs géochimiques permet maintenant d'approcher certains processus qui restaient encore peu contraints pour les périodes anciennes de l'histoire de la Terre. En particulier, la création du relief conditionne les grands transferts à la surface de la planète, qui ont un impact majeur sur les cycles biogéochimiques de nombreux éléments. Dans ce contexte, la reconstruction de flux d'altération chimique et d'érosion physique des continents, ainsi que le type de matériel érodé et le rôle de la matière organique demandent à être plus amplement abordés. Mieux comprendre les facteurs de contrôle et le fonctionnement de la production carbonatée est également une question d'importance, à la fois de par son rôle dans la production et le transfert de sédiments, son rôle sur la chimie de l'océan via l'alcalinité, et son rôle au sein du système climatique et des cycles biogéochimiques. En particulier, le rôle des dépôts microbiens dans la production carbonatée et leurs liens avec les grands changements environnementaux reste à être déterminé.

L'impact de la paléogéographie sur le climat, incluant la circulation océanique, est encore mal défini et demande à être précisé. Cette question peut être approchée grâce à une diversité d'outils et de compétences tels que la distribution spatiale de différents taxons, des traceurs géochimiques, ou encore des modèles numériques. Dans ce contexte, il apparaît primordial de disposer de reconstructions paléogéographiques les plus fiables et complètes possibles qui manquent encore pour certaines périodes clefs. Un effort pour intégrer à ces reconstructions le relief sur les continents, la répartition spatiale des grands bassins versants et de leurs exutoires, et les flux sédimentaires associés, serait précieux pour une approche couplée données-modèle. Les événements climatiques et environnementaux extrêmes et leur lien avec les événements volcaniques et magmatiques majeurs sont également au cœur des questionnements autour du fonctionnement du système climatique. La réponse du climat à des forçages tels que la pression partielle de CO2 et de SO2 dans l'atmosphère n'est pas linéaire, et nos connaissances des seuils déclenchant le passage d'un mode climatique à un autre dans différents contextes paléogéographiques doivent être complétées.

3.3. Datation et durée des événements

La compréhension des processus à l'origine des fluctuations du climat, des cycles biogéochimiques, ou des grands processus géodynamiques et tectoniques ne peut se faire sans avoir une idée précise de la durée et de la cinétique de ces événements marquants. La datation très haute résolution d'événements du passé doit être encore améliorée. La collaboration fructueuse entre mathématiciens, astrophysiciens, géochronologistes et sédimentologistes a permis la calibration astronomique de diverses périodes des temps géologiques pré-Quaternaire, incluse dans la dernière version de l'Échelle des Temps Géologiques. Ces dernières années, le développement de nouvelles méthodes de datation (ex. 226Ra dans les sédiments lacustres, thermochronologie haute résolution, méthode OSL) ainsi que l'étude de la compréhension du fonctionnement de certains géochronomètres absolus offre des pistes intéressantes afin de progresser dans la compréhension de l'évolution géologique et environnementale de notre terre. Cependant, les approches actuellement utilisées, basées sur la cyclostratigraphie, la magnétostratigraphie, la biostratigraphie, et la radiochronométrie restent encore trop déconnectées les unes des autres dans le paysage français, et une meilleure structuration de la communauté nationale serait souhaitable autour de ces thématiques afin d'acquérir une visibilité internationale.