De la tectonique sur Vénus ?

Edouard Kaminski

Institut de Physique du Globe de Paris - Univ. Paris 7

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

30/10/2001

Résumé

La tectonique des plaques est une manifestation en surface de la convection. Sur Terre et sur Vénus, de taille comparable, la quantité d'énergie à évacuer est comparable. Mais sur la Terre, la présence d'eau dans le manteau, injectée par la subduction, change sa rhéologie, permet sa convection et donc la tectonique des plaques. Pas sur Vénus.


La question

« On connaît aujourd'hui les grands mécanismes de la tectonique des plaques terrestres. En revanche, l'évacuation de la chaleur interne sur Vénus apparaît obéir à un mécanisme différent, avec un seul type de croûte, une absence (??) de plaques, et un grand nombre de points chauds. »

« Quelles sont les explications que l'on peut proposer pour expliquer cette différence fondamentale entre deux planètes pourtant si proches ? »

La réponse

Il est vrai que les deux planètes telluriques, Terre et Vénus, sont très proches, à la fois en taille et en composition, tout en montrant une manifestation très différente de la convection : sur Vénus la tectonique des plaques est absente.... Comment expliquer cette différence ?

Pour répondre à cette question, il faut comprendre ce qui contrôle les manifestations en surface de la convection....

Les facteurs contrôlant la tectonique des plaques

Pour simplifier le problème, on peut dire que l'intensité de la convection dans un corps donné est fonction:

  • de l' énergie thermique à évacuer , c'est le moteur de la convection,
  • de la capacité des matériaux à se déformer et à s'écouler (rhéologie) .

Plus il y a de chaleur à évacuer, plus un matériau donné va convecter énergiquement.

Pour une quantité de chaleur donnée, l'intensité de la convection dépend de la capacité du corps à s'écouler (viscosité) : plus le corps est visqueux, plus il va convecter paresseusement. La géométrie de l'écoulement dépend également de la manière dont le matériau encaisse la déformation induite par l'écoulement.

On peut faire l'analogie avec l'écoulement d'une huile peu visqueuse, d'une huile très visqueuse et du sable, sur un même support penté. Dans les trois cas, l'énergie motrice est la même (pente identique) mais l'écoulement dépend de la rhéologie du fluide.

Voyons donc si ces deux paramètres (énergie à évacuer et rhéologie des matériaux) sont les mêmes pour la Terre et Vénus...

Nous avons dit que les deux planètes étaient semblables en taille et en chimie, elles ont donc probablement des quantités de chaleur assez semblables à évacuer , et il y a peu de chance que l'on trouve ici l'explication à l'absence de tectonique des plaques sur Vénus.

Il nous reste donc la rhéologie comme candidate... Toutefois, on pourrait imaginer que comme les deux planètes sont très proches chimiquement, la rhéologie des manteaux convectifs doit être également très proche...

Il existe cependant un ingrédient supplémentaire dans le manteau terrestre: c'est l'eau !

Figure 1. Volcan sur Vénus

Image radar superposée à un modèle numérique de terrain et traitée pour donner un effet de perspective (relief exagéré dix fois) ( volcan hawaïen typique).


Le rôle de l'eau dans la convection terrestre

L'eau a un énorme effet sur la rhéologie des matériaux, même en faible quantité :

  • l'eau diminue la viscosité des matériaux,
  • l'eau facilite la localisation de la déformation.

Sur Vénus , l'absence d'eau fait que la surface froide (par rapport à l'intérieur de la planète) forme un couvercle rigide. Seuls les panaches arrivent à "percer" la lithosphère visqueuse de Vénus.

Sur Terre au contraire, de l'eau est recyclée dans le manteau par la subduction. La localisation de la déformation dans la lithosphère le long de zones de faiblesse (rhéologie non linéaire) individualise des plaques rigides et peu déformées. La présence d'un manteau asthénosphérique hydratée, donc peu visqueux sous la lithosphère, permet la mobilité de ces plaques. C'est ce qui définit le formalisme de la tectonique des plaques.

Figure 2. Exemple de dômes volcaniques sur Vénus

Ces dômes volcaniques sont vraisemblablement constitués de laves différenciées.


Pour aller beaucoup plus loin…

L'origine de la tectonique des plaques terrestres est encore largement débattue et pour en savoir plus :

  • Self-consistent generation of tectonic plates in time-dependent, three-dimensional mantle convection simulations . Paul J. Tackley, G3, VOL. 1, 2000
  • Role of a low-viscosity zone in stabilizing plate tectonics: Implications for comparative terrestrial planetology . Richards and al., G3, VOL. 2, 200.