Une étude, dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature, a permis de proposer le premier modèle expliquant comment la surface de la Terre s’est découpée en plaques.

Ce modèle, qui rend compte «de l’émergence de la tectonique des plaques telle que nous la connaissons aujourd’hui» révèle également la raison pour laquelle «ce phénomène ne s’est pas produit sur Vénus, planète 'jumelle' de la Terre».

La lithosphère, qui est la «couche mobile la plus superficielle de la Terre», se divise «en un petit nombre de plaques rigides en déplacement sur l’asthénosphère, partie du manteau terrestre située immédiatement en-dessous».

Si «les premières preuves de déformation de la lithosphère datent de 4 milliards d’années», le modèle suggère que «l’individualisation complète des plaques et le démarrage de la tectonique sous sa forme actuelle sont sans doute advenus un milliard d’années plus tard», une durée, «compatible avec l’histoire géologique», qui découle de la simulation «pour que se créent et se connectent des zones de faiblesse dans la lithosphère, délimitant les plaques».

Le modèle, qui «considère que la lithosphère est un milieu formé de deux types de grains» reflétant «la composition minéralogique de la péridotite, principale roche des plaques lithosphériques», «prend en compte les forces exercées sur les roches par l’asthénosphère sous-jacente, et intègre des données expérimentales sur les propriétés des roches et leur déformation».

Il fait apparaître que «la lithosphère se fragilise par interaction avec la convection du manteau, c’est-à-dire les mouvements très lents des roches constituant l’asthénosphère»: sous l’effet des mouvements descendants de l’asthénosphère, «la taille des grains composant les minéraux des roches diminue… ce qui rend ces grains encore plus déformables» établissant une zone de fragilité.

Alors que «les mouvements de convection se déplacent dans le manteau au cours du temps, créant de nouvelles zones de faiblesse», les zones fragilisées, «qui ne sont plus soumises à déformation ont tendance à 'cicatriser', car les minéraux grossissent lorsque la déformation cesse».

Comme du fait «de la température modérée de la Terre et de la présence de minéraux différents, qui gênent mutuellement leur croissance, la 'cicatrisation' de la lithosphère prend bien plus de temps (1 milliard d’années) que sa fragilisation (10 millions d’années)», les changements de la convection mantellique «ont été assez lents pour endommager localement la lithosphère, mais assez rapides pour qu’elle ne puisse cicatriser complètement, accumulant ainsi assez de zones de faiblesse pour se découper en plaques».

Le modèle explique ainsi pourquoi Vénus, «qui a pourtant une masse, une taille et une composition similaires à celles de la Terre, n’a jamais eu de tectonique des plaques»: en effet, «sa lithosphère, très chaude du fait d’un effet de serre extrême, cicatrise trop vite (en dix millions d’années) pour pouvoir se diviser en plaques tectoniques».