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La croûte terrestre est une couche extrêmement mince de roche qui constitue la coquille solide la plus extérieure de notre planète. En termes relatifs, son épaisseur est comparable à celle de la peau d’une pomme. Elle représente moins de la moitié de 1 % de la masse totale de la planète, mais joue un rôle essentiel dans la plupart des cycles naturels de la Terre.
La croûte peut avoir une épaisseur de plus de 80 kilomètres à certains endroits et de moins d’un kilomètre à d’autres. En dessous se trouve le manteau, une couche de roche silicatée d’environ 2700 kilomètres d’épaisseur. Le manteau représente la plus grande partie de la Terre.
La croûte est composée de nombreux types de roches qui se répartissent en trois grandes catégories : ignée, métamorphique et sédimentaire. Cependant, la plupart de ces roches sont d’origine granitique ou basaltique. Le manteau sous-jacent est constitué de péridotite. La bridgmanite, le minéral le plus commun sur Terre, se trouve dans le manteau profond.
Comment nous savons que la Terre a une croûte
Nous ne savions pas que la Terre avait une croûte jusqu’au début des années 1900. Jusqu’alors, tout ce que nous savions, c’est que notre planète vacille par rapport au ciel comme si elle avait un noyau large et dense – du moins, les observations astronomiques nous l’ont dit. Puis est venue la sismologie, qui nous a apporté un nouveau type de preuve par le bas : la vitesse sismique.
Les enregistrements des ondes sismiques permettent aux sismologues de localiser et de mesurer l’ampleur de tels événements, et de cartographier la structure interne de la Terre.
La vitesse sismique mesure la vitesse à laquelle les ondes sismiques se propagent à travers les différents matériaux (c’est-à-dire les roches) sous la surface. À quelques exceptions près, la vitesse sismique à l’intérieur de la Terre tend à augmenter avec la profondeur.
En 1909, un article du sismologue Andrija Mohorovicic a établi un changement soudain de la vitesse sismique — une sorte de discontinuité — à environ 50 kilomètres de profondeur dans la Terre. Les ondes sismiques rebondissent sur elle (réflexion) et se plient (réfraction) en la traversant, de la même manière que la lumière se comporte à la discontinuité entre l’eau et l’air. Cette discontinuité appelée discontinuité de Mohorovicic ou « Moho » est la limite acceptée entre la croûte et le manteau.
Croûtes et plaques
La croûte et les plaques tectoniques ne sont pas les mêmes. Les plaques sont plus épaisses que la croûte et se composent de la croûte plus le manteau peu profond juste en dessous. Cette combinaison de deux couches, rigide et cassante, est appelée lithosphère (« couche pierreuse » en latin scientifique). Les plaques lithosphériques reposent sur une couche de roche mantélique plus souple et plus plastique appelée asthénosphère (« couche faible »). L’asthénosphère permet aux plaques de se déplacer lentement au-dessus d’elle comme un radeau dans une boue épaisse.
Nous savons que la couche extérieure de la Terre est constituée de deux grandes catégories de roches : les roches basaltiques et les roches granitiques. Les roches basaltiques sous-tendent les fonds marins et les roches granitiques constituent les continents. Nous savons que les vitesses sismiques de ces types de roches, telles que mesurées en laboratoire, correspondent à celles observées dans la croûte terrestre jusqu’au Moho. Nous sommes donc convaincus que le Moho marque un réel changement dans la chimie des roches. Le Moho n’est pas une frontière parfaite car certaines roches de la croûte et du manteau peuvent se faire passer pour d’autres. Cependant, tous ceux qui parlent de la croûte, que ce soit en termes sismologiques ou pétrologiques, ont heureusement le même sens.
En général, il existe donc deux types de croûte : la croûte océanique (basaltique) et la croûte continentale (granitique).
Croûte océanique
Une illustration de la croûte océanique.
La croûte océanique couvre environ 60 % de la surface de la Terre. La croûte océanique est mince et jeune : elle ne fait pas plus de 20 km d’épaisseur et ne date pas de plus de 180 millions d’années. Tout ce qui est plus vieux a été tiré sous les continents par subduction. La croûte océanique naît dans les dorsales médianes de l’océan, où les plaques sont séparées. La pression exercée sur le manteau sous-jacent est alors relâchée et la péridotite qui s’y trouve réagit en commençant à fondre. La fraction qui fond se transforme en lave basaltique, qui monte et entre en éruption tandis que la péridotite restante s’épuise.
Les dorsales médio-océaniques migrent au-dessus de la Terre comme des Roombas, en extrayant au fur et à mesure cette composante basaltique de la péridotite du manteau. Cela fonctionne comme un processus de raffinage chimique. Les roches basaltiques contiennent plus de silicium et d’aluminium que la péridotite laissée derrière, qui contient plus de fer et de magnésium. Les roches basaltiques sont également moins denses. En termes de minéraux, le basalte contient plus de feldspath et d’amphibole, moins d’olivine et de pyroxène, que la péridotite. En résumé, la croûte océanique est mafique alors que le manteau océanique est ultramafique.
La croûte océanique, étant si mince, ne représente qu’une très petite fraction de la Terre – environ 0,1 % – mais son cycle de vie sert à séparer le contenu du manteau supérieur en un résidu lourd et un ensemble plus léger de roches basaltiques. Il extrait également les éléments dits incompatibles, qui ne rentrent pas dans les minéraux du manteau et se déplacent dans la masse fondue liquide. Ceux-ci, à leur tour, se déplacent dans la croûte continentale au fur et à mesure de la tectonique des plaques. Pendant ce temps, la croûte océanique réagit avec l’eau de mer et en transporte une partie dans le manteau.
Croûte continentale
La croûte continentale est épaisse et vieille – en moyenne environ 50 km d’épaisseur et environ 2 milliards d’années – et elle couvre environ 40 % de la planète. Alors que la quasi-totalité de la croûte océanique se trouve sous l’eau, la majeure partie de la croûte continentale est exposée à l’air.
Les continents croissent lentement au fil du temps géologique, à mesure que la croûte océanique et les sédiments des fonds marins sont entraînés sous eux par subduction. L’eau et les éléments incompatibles sont expulsés des basaltes qui descendent, et cette matière s’élève pour déclencher une nouvelle fonte dans ce qu’on appelle l’usine de subduction.
La croûte continentale est constituée de roches granitiques, qui contiennent encore plus de silicium et d’aluminium que la croûte océanique basaltique. Elles contiennent également plus d’oxygène grâce à l’atmosphère. Les roches granitiques sont encore moins denses que le basalte. En termes de minéraux, le granit contient encore plus de feldspath et moins d’amphiboles que le basalte et presque pas de pyroxène ni d’olivine. Il contient également du quartz en abondance. En résumé, la croûte continentale est felsique.
La croûte continentale représente moins de 0,4 % de la Terre, mais elle est le produit d’un double processus de raffinage, d’abord au niveau des dorsales médio-océaniques et ensuite dans les zones de subduction. La quantité totale de la croûte continentale augmente lentement.
Les éléments incompatibles qui aboutissent dans les continents sont importants car ils comprennent les principaux éléments radioactifs : l’uranium, le thorium et le potassium. Ces éléments créent de la chaleur, ce qui fait que la croûte continentale agit comme une couverture électrique sur le manteau. La chaleur ramollit également les endroits épais de la croûte, comme le plateau tibétain, et les fait s’étendre latéralement.
La croûte continentale est trop flottante pour retourner au manteau. C’est pourquoi elle est, en moyenne, si vieille. Lorsque les continents se heurtent, la croûte peut s’épaissir jusqu’à près de 100 km, mais c’est temporaire car elle s’étale à nouveau rapidement. La peau relativement mince des calcaires et autres roches sédimentaires a tendance à rester sur les continents, ou dans l’océan, plutôt que de retourner au manteau. Même le sable et l’argile qui sont emportés dans la mer retournent sur les continents sur le tapis roulant de la croûte océanique. Les continents sont des éléments véritablement permanents et autonomes de la surface de la Terre.
Ce que signifie la croûte
La croûte terrestre est une zone mince mais importante où les roches sèches et chaudes des profondeurs de la Terre réagissent avec l’eau et l’oxygène de la surface pour former de nouveaux types de minéraux et de roches. C’est également là que l’activité des plaques-tectoniques mélange et brouille ces nouvelles roches et leur injecte des fluides chimiquement actifs. Enfin, la croûte terrestre est le foyer de la vie, qui exerce des effets importants sur la chimie des roches et possède ses propres systèmes de recyclage des minéraux. Toute la variété intéressante et précieuse de la géologie, des minerais métalliques aux épais lits d’argile et de pierre, trouve sa place dans la croûte et nulle part ailleurs.
Il faut noter que la Terre n’est pas le seul corps planétaire à avoir une croûte. Vénus, Mercure, Mars et la Lune de la Terre en ont une également.
Publié sous la direction de Brooks Mitchell
