Géologie : comment se formera le prochain "supercontinent" ?

Il y a près de 500 ans, le cartographe flamand Geradus Mercator a produit l'une des cartes les plus importantes du monde.

Ce n'était certainement pas la première tentative d'atlas mondial, et elle n'était pas particulièrement précise non plus : l'Australie est absente, et les Amériques ne sont que grossièrement dessinées. Depuis lors, les cartographes ont produit des versions toujours plus précises de cette disposition des continents, en corrigeant les erreurs de Mercator, ainsi que les biais entre les hémisphères et les latitudes créés par sa projection.

Mais la carte de Mercator, ainsi que d'autres produites par ses contemporains du XVIe siècle, a révélé une image véritablement globale des masses continentales de la Terre - une perspective qui a persisté dans l'esprit des gens depuis lors.

Ce que Mercator ne savait pas, c'est que les continents n'ont pas toujours été disposés de cette façon. Il a vécu environ 400 ans avant que la théorie de la tectonique des plaques ne soit confirmée.

Lorsque l'on regarde la position des sept continents sur une carte, il est facile de supposer qu'elle est fixe. Pendant des siècles, les êtres humains ont mené des guerres et fait la paix pour leur part de ces territoires, en partant du principe que leurs terres - et celles de leurs voisins - ont toujours été là, et le seront toujours.

Du point de vue de la Terre, cependant, les continents sont des feuilles qui dérivent sur un étang. Et les préoccupations humaines sont une goutte d'eau sur la surface de la feuille. Les sept continents étaient autrefois réunis en une seule masse, un supercontinent appelé Pangée. Et avant cela, il y a des preuves de l'existence d'autres continents depuis plus de trois milliards d'années : Pannotia, Rodinia, Columbia/Nuna, Kenorland et Ur.

Les géologues savent que les supercontinents se dispersent et se rassemblent par cycles : nous sommes actuellement à mi-chemin de l'un d'entre eux. Alors, quel type de supercontinent pourrait se trouver dans l'avenir de la Terre ? Comment les masses terrestres telles que nous les connaissons vont-elles se réorganiser à très long terme ? Il s'avère qu'il y a au moins quatre trajectoires différentes qui pourraient se dessiner. Et elles montrent que les êtres vivants de la Terre résideront un jour sur une planète très différente, qui ressemble davantage à un monde extraterrestre.

Pour le géologue Joao Duarte de l'université de Lisbonne, la voie vers l'exploration des futurs supercontinents de la Terre a commencé par un événement inhabituel dans le passé : un tremblement de terre qui a frappé le Portugal un samedi matin de novembre 1755. Il s'agissait de l'un des tremblements de terre les plus puissants des 250 dernières années, qui a tué 60 000 personnes et provoqué un tsunami dans l'océan Atlantique. Ce qui le rendait particulièrement étrange, c'était son emplacement. "Vous ne devriez pas avoir de gros tremblements de terre dans l'Atlantique", dit Duarte. "C'était étrange."

Les tremblements de terre de cette ampleur se produisent généralement sur ou près des principales zones de subduction, où les plaques océaniques plongent sous les continents et sont fondues et consommées dans le manteau chaud. Ils impliquent des collisions et des destructions. Le séisme de 1755, cependant, s'est produit le long d'une frontière "passive", où la plaque océanique sous-jacente à l'Atlantique fait une transition en douceur vers les continents européen et africain.

En 2016, Duarte et ses collègues ont proposé une théorie sur ce qui pourrait se passer : les points de suture entre ces plaques pourraient être en train de se défaire, et une rupture majeure pourrait être imminente. "Il pourrait s'agir d'une sorte de mécanisme infectieux", explique-t-il. Ou comme le verre qui éclate entre deux petits trous dans un pare-brise de voiture. Si c'est le cas, une zone de subduction pourrait être prête à s'étendre de la Méditerranée à l'Afrique de l'Ouest et peut-être même jusqu'en Irlande et au Royaume-Uni, entraînant des volcans, la formation de montagnes et des tremblements de terre dans ces régions.

Duarte a réalisé que, si cela se produit, l'Atlantique pourrait finir par se fermer. Et si le Pacifique continuait à se fermer également - ce qui se produit déjà le long du "cercle de feu" de subduction qui l'entoure - un nouveau supercontinent finirait par se former. Il l'a appelé Aurica, ainsi nommé parce que les anciennes masses continentales de l'Australie et des Amériques se trouveraient en son centre.

Après avoir publié sa proposition pour Aurica, Duarte s'est interrogé sur d'autres scénarios futurs. Après tout, la trajectoire de son supercontinent n'était pas la seule que les géologues avaient proposée.

Il a donc commencé à discuter avec l'océanographe Matthias Green de l'université de Bangor, au Pays de Galles. Les deux hommes ont réalisé qu'ils avaient besoin d'une personne ayant les compétences informatiques nécessaires pour créer des modèles numériques. "Il devait s'agir d'une personne un peu spéciale, qui n'avait pas peur d'étudier quelque chose qui ne se produira jamais à l'échelle humaine", explique-t-il. Cette personne s'est avérée être sa collègue Hannah Davies, une autre géologue de l'université de Lisbonne. "Mon travail consistait à transformer les dessins et illustrations des géologues du passé en données quantitatives, géoréférencées et numérisées", explique Hannah Davies. L'idée était de créer des modèles que d'autres scientifiques pourraient utiliser et affiner.

Mais cela n'a pas été simple. "Ce qui nous rendait nerveux, c'est qu'il s'agit d'un sujet incroyablement abstrait. Ce n'est pas la même chose qu'un article scientifique ordinaire", explique M. Davies. Nous voulions dire : "D'accord, nous comprenons bien la tectonique des plaques après 40 ou 50 ans. Et nous en savons autant sur la dynamique du manteau et sur tous les autres composants du système. Jusqu'où pouvons-nous aller avec ces connaissances dans le futur ?".

Quatre scénarios ont ainsi été élaborés. En plus de modéliser une image plus détaillée d'Aurica, ils ont exploré trois autres possibilités, chacune se projetant dans un avenir d'environ 200 à 250 millions d'années.

Le premier était ce qui pourrait se passer si le statu quo se poursuit : l'Atlantique reste ouvert et le Pacifique se ferme. Dans ce scénario, le supercontinent qui se forme s'appellera Novopangaea. "C'est le plus simple, et le plus plausible sur la base de ce que nous comprenons actuellement", dit Davies.

Toutefois, des événements géologiques pourraient également se produire à l'avenir et conduire à des dispositions différentes.

Un exemple est un processus appelé "orthoversion", dans lequel l'océan Arctique se ferme et l'Atlantique et le Pacifique restent ouverts. Cela modifie les orientations dominantes de la propagation tectonique, et les continents dérivent vers le nord, se disposant tous autour du pôle Nord, à l'exception de l'Antarctique.

Dans ce scénario, un supercontinent appelé Amasia se forme :

Enfin, il est également possible que l'expansion du plancher océanique dans l'Atlantique ralentisse. Au milieu de l'océan, il y a une dorsale géante qui coupe deux plaques en deux, passant par l'Islande et allant jusqu'à l'océan Austral. Ici, de la nouvelle lithosphère se forme, s'écoulant comme un tapis roulant. Si cet étalement ralentissait ou s'arrêtait, et si une nouvelle frontière de plaques subductrices se formait le long de la côte est des Amériques, on obtiendrait un supercontinent appelé Pangaea Ultima, qui ressemble à un énorme atoll :

Grâce à ces quatre modèles numériques, les géologues disposent désormais d'une base pour tester d'autres théories. Par exemple, les scénarios pourraient aider les scientifiques à comprendre les effets de différentes dispositions des supercontinents sur les marées, ainsi que le climat du futur lointain - à quoi ressemblerait le temps sur un monde doté d'un océan massif et d'une masse continentale géante ?

Pour modéliser le climat d'un supercontinent, "vous ne pouvez pas utiliser les modèles du GIEC [Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat], point final, car ils ne sont pas conçus pour cela", explique M. Duarte. "Vous ne pouvez pas changer les variables que vous devez changer".

Les modèles des futurs supercontinents de la Terre peuvent également servir de proxy pour comprendre le climat des exoplanètes. "La future Terre est complètement étrangère", déclare Davies. "Si vous étiez en orbite au-dessus d'Aurica, ou de Novopangaea, vous ne reconnaîtriez probablement pas la Terre, mais une autre planète aux couleurs similaires."

La présence de la vie et la tectonique des plaques active pourraient bien être intimement liées.

Cette idée a conduit le trio à collaborer avec Michael Way, un physicien de l'Institut Goddard d'études spatiales de la Nasa. Lui et ses collègues cherchent à étudier les climats des mondes extraterrestres en modélisant les variations du nôtre sur une longue période. "Nous n'avons que peu d'exemples de ce à quoi peut ressembler un climat tempéré. Pour être honnête, nous n'avons qu'un seul exemple : la Terre, mais nous avons la Terre à travers le temps", explique Way. "Nous avons les scénarios du passé, mais en passant au futur et en utilisant ces merveilleux modèles tectoniques pour l'avenir, cela nous donne un autre ensemble à ajouter à notre collection."

Vous avez besoin de tels modèles parce qu'il peut être difficile de savoir ce qu'il faut rechercher lorsqu'on analyse de loin des exoplanètes potentiellement habitables. Idéalement, vous voulez savoir si une planète présente un cycle de supercontinents, car la présence de vie et une tectonique des plaques active pourraient bien être liées. La disposition des continents pourrait également affecter la probabilité de présence d'eau liquide. Avec les télescopes, on ne peut pas voir les continents, et la composition atmosphérique ne peut être que déduite. Donc, les modèles de variations climatiques pourraient révéler une signature indirecte que les astronomes pourraient détecter.

La modélisation par Way des climats des supercontinents - qui a nécessité des mois d'utilisation d'un superordinateur - a révélé des variations frappantes entre les quatre scénarios. L'Amasie, par exemple, donnerait une planète beaucoup plus froide que les autres. Les terres étant concentrées autour du pôle Nord et les océans ayant moins de chances de transporter les courants chauds vers les latitudes plus froides, les calottes glaciaires s'accumuleraient. Aurica, en revanche, serait plus équilibrée, avec un noyau sec mais des côtes semblables à celles du Brésil actuel, avec plus d'eau liquide.

Il est utile de savoir tout cela, car si une exoplanète semblable à la Terre présente une tectonique des plaques, nous ne saurons pas à quel stade du cycle des supercontinents elle se trouve actuellement, et nous devrons donc savoir ce qu'il faut rechercher pour en déduire son habitabilité. Nous ne devrions pas supposer que les masses continentales seront dispersées, au milieu du cycle, comme les nôtres.

En ce qui concerne l'avenir de notre propre planète, Davies reconnaît que les quatre scénarios de supercontinents qu'ils ont modélisés sont spéculatifs et que des surprises géologiques inattendues peuvent modifier le résultat. "Si j'avais un Tardis pour aller voir, je ne serais pas surpris si, dans 250 millions d'années, le supercontinent ne ressemblait en rien à l'un de ces scénarios. Il y a tellement de facteurs en jeu", dit-elle.

Toutefois, ce qui est certain, c'est que les masses terrestres que nous considérons comme acquises se réorganiseront un jour dans une configuration entièrement nouvelle. Des pays autrefois isolés les uns des autres deviendront des voisins proches. Et si la Terre abrite encore des êtres intelligents, ils pourront voyager entre les ruines anciennes de New York, Pékin, Sydney et Londres sans jamais voir un océan.