Deparis, V. & Legros, H. (2000). Voyage à l'intérieur de la Terre. Une histoire des idées. CNRS Editions.

La période de 1830 à 1900 est marquée par une confrontation entre les implications de la géologie et des phénomènes de mécanique terrestre. Le volcanisme, la formation des montagnes, l'équilibre isostatique de la croute suggéré par les mesures gravimétriques, nécessitent [...] une fusion interne sous une croute de faible épaisseur. Les travaux de mécanique sur la rotation de la Terre [...], sur les déformations élastiques du globe [...], sur les déformations plastiques de la Terre [...] et sur la figure d'équilibre de la Terre favorisent au contraire un globe solide.

2. La période qui débute en 1900 et s'arrête vers les années 1960 [...] est marquée par les progrès rapides et importants dans tous les domaines et proviennent de la multiplication des mesures physiques : mesures sismologiques, géodésiques, magnétiques, de déformations élastiques du sol, du mouvement du pôle de rotation, des paramètrs physiques des roches. Les recherches sur la dynamique terrestre se développent avec des travaux sur les mouvements isostatiques, sur la dérive des continents et sur les mouvements convectifs. Au cours de cette période, les études se spécialisent et aboutissent à différents modèles de Terre : modèles élastique, sismologique, thermique, gravimétrique, magnétique et tectonique, sans toutefois qu'une synthèse globale puisse s'imposer. (p.19-21).

Parmi les découvertes importantes faites aux alentours des années 1900 et qui ont marqué l'étude de la Terre, notons principalement celle de la radioactivité naturelle de certains corps. Le développement final de la mécanique classique des milieux continus a également une importance considérable pour l'étude de la dynamique du globe [...] Elle comble de façon phénoménologique le hiatus entre la mécanique des solides et la mécanique des fluides en permettant de modéliser le fluage plastique et visqueux des corps. (p. 405-406). Au cours de la période, le cumul de plus en plus important des informations peut s'effectuer au sein d'organisations internationales. Après l'Association internationale de géodésie en 1863 et le Service international des latitudes vers 1885, la sismologie se regroupe vers 1903 et l'Union géodésique et géophysique internationale est créée en 1922. Les nombreuses observations géophysiques amènent le développement d'une grande diversité de moélisations. (p.406).

Les mesures thermiques ne se développent qu'à la fin de la période avec celles pratiquées sur le flux de chaleur en surface aussi bien sur Terre qu'en mer. Les études thermiques sont toutefois entièrement renouvelées par la découverte de la radioactivité qui remet en cause l'idée d'un refroidissement inéluctable de la planète [...]
Les mesures magnétiques [...] mettent en évidence l'inversion globale du champ magnétique et suggèrent une piste pour tester les dérives continentales [...] La génération du champ magnétique terrestre est expliquée par l'idée de la théorie dynamo [...] qui suggère que le noyau fluide est animé de courants de matière.

Dans le domaine de la géologie, on se situe dans le prolongement de la grande synthèse de Suess. Cependant, le contexte évolue avec le développement de la radiochronologie qui permet une datation absolue des roches et des époques, ainsi qu'une détermination de l'âge de la Terre (p.407). La géologie du début de XXe siècle est soumise à de nouvelles contraintes apportées par l'exploration océanique et la physique. Alors qu'elle expliquait l'histoire et les structures des continents par l'étude des strates et des montagnes, elle se voit obligée d'expliquer ce qui se passe dans les bassins océaniques où des nouveaux problèmes apparaissent. En outre, les deux grandes idées qui structuraient la géologie à la fin du XIXè siècle, la théorie de Laplace de la formation chaude de la planète à partir d'une nébuleuse primitive et la théorie du reforidissement séculaire se trouvent remises en question. Enfin, le problème géologique se modifie dans la mesure où il doit s'intégrer dans l'immense durée révélée par la radiochronologie et prendre en compte les informations apportées par la sismologie [...], la gravimétrie et la prospection géophysique [...] Elles permettent le développement de très nombreux modèles relatifs à la tectonique, de la même manière qu'on avait observé un foisonnement de modèles géophysiques. [...].

Un concept essentiel émerge qui privilégie le mobilisme relativement au fixisme ou au permanentisme. Le mobilisme se manisfete aussi bien par l'image des dérives continentales que par la mécanique des mouvements de convection. L'introduction de ce nouveau concept sera l'occasion de débats et de polémiques houleuses [...] pour les uns, la planète, bien que solide peut se déformer comme un fluide aux longues échelles de temps et être animé de mouvements superficiels et profonds d'une grande amplitude ; pour les autres, la Terre solide garde un comportement rigide même à travers les longues échelles de temps et ne permet que des mouvements horizontaux et verticaux de faible ampleur [...] Il s'agit maintenant de comprendre comment une Terre rigide peut permettre des phénomènes de fluages plastiques ou visqueux, et ainsi d'essayer d'expliquer conjointement les observables géologiques, physiques et mécaniques. (p.475-476).

L'aventure océanographique commence dans les années 1920, grace à la mise au point des sondages par la méthode des ultrasons. La topographie accidentée des fonds sous-marins ainsi révélée se présente avec des montagnes et surtout des fosses en bordure du Pacifique et dans les Antilles. L'exploration s'intensifiera au lendemain de la Seconde Guerre mondiale grâce au développement de l'océanographie et des techniques de reconnaissance sous-marine (échosondeur, écoute sismique, détection magnétique,...). Mais c'est à la fin des années 1950 que les différentes structures océaniques seront identifiés, avec en particulier la découverte des rides [...] dans les océans du globe [...] et de zones de fractures particulièrement remarquables.(p.477).

Les études géologiques de la première partie du XXe siècle se situent dans le prolongement de celles du siècle précédent. Il s'agit essentiellement d'établir des cartes détaillées de la géologie des continents et de préciser les processus géométriques, géographiques et génétiques des chaines de montagnes. [...] L'idée de cycles orogéniques, développée au XIXe siècle, avec des périodes d'activité tectonique, de construction de montagnes et des périodes de repos est fortement réaffirmée [...] (p.478). La géologie continentale du XXè siècle [...] ne montre pas d'aspects réellement novateurs.

Ce sont plutot les observations géophysiques, en particulier de la sismicité et des anomalies de champ de gravité qui ouvrent de nouvelles perspectives de recherche. [...] Deux familles de séismes, dans les montagnes actuelles et sur le fond des océans, se complétent pour dessiner des lignes qui encadrent des aires stables de l'écorce terrestre. Ce fait conforte les idées de Haug sur la répartition des géosynclinaux [...] les phénomènes tectoniques ne concerneraient que des ceintures étroites entourant des unités continentales ou océaniques stables (p.479).

Carte des épicentres des grands séismes de 1913 à 1933 In Coulomb J. (1952).

Carte des aires continentales. In É. Haug, Les géosynclinaux et les aires continentales

Une théorie, inaugurée par Reid en 1910, et connue sous le nom de théorie du rebond élastique [...] relie pour la première fois [...] la notion de tremblement de Terre à celle de mouvement tectonique. Elle met en évidence l'importance du concept de faille et permet le développement de la notion de mouvement cohérent de parties de la croute.
Une autre observation géophysique [...] est celle des anomalies de gravité, principalement en mer. Ces anomalies [...] occupent une place essentielle dans les conceptions tectoniques [...] les observations sismiques et gravimétriques [...] apportées par une communauté de chercheurs qui n'étaient pas géologues de formation, vont compliquer les schémas explicatifs de la tectonique classique et permettre un autre regard sur les structures géologiques de la Terre. (p.479-480).

La théorie de la contraction thermique et la formation des chaines de montagnes

L'idée de la contraction du globe due à son refroidissement progressif a joué [...] un role très important tout au long du XIXe siècle pour expliquer la formation des montagnes [...] Ces études sont poursuivies au début du XXe siècle par Holmes et son changement de position et surtout par Jeffreys. Les difficultés nouvelles résultent de la production de chaleur par les désintégrations radioactives. Pour Jeffreys, cette production interne n'empêche pas le refroidissement de la Terre au cours des temps [...] la compression externe due à la contraction thermique reste la principale cause de l'orogenèse [...] Dès 1920, la constestation vient de considérations sur l'ampleur des mouvements horizontaux observés dans les chaines de montagne et de doutes sur la notion même du refroidissement progressif de la Terre au cours des temps [...] Les mouvements tangentiels de large envergure, nécessaires pour expliquer la formation des montagnes, apparaissent incompatibles avec la théorie de la contraction thermique [...] l'hypothèse de base de la contraction thermique qui est le refroidissement du globe est elle-même réfutée par un certain nombre d'auteurs dont Joly et Holmes [...] des auteurs considèrent l'état thermique du globe comme un état d'équilibre entre la production de chaleur par la radioactivité interne et son émission vers l'espace (p. 480-482).

La dérive des continents

Contrairement aux études sur la contraction thermique, la théorie de la dérive des continents ne cherche pas seulement à expliquer la formation des montagnes. [...] Elle introduit l'idée essentielle du mobilisme, où des mouvements de très grandes ampleurs sont envisagés [...] Wegener n'est pas le premier à imaginer une translation continentale [...] mais il est le premier à étayer son hyopthèse par un nombre considérable de preuves émanant de sources très diverses, élaborant ainsi une théorie scientifique cohérente [...]. Les arguments paléontologiques de liaisons intercontinentales ne manquaient pas [...] Suess et Neumayr s'en servaient déjà pour réunir les continents actuels en d'anciennes unités continentales qui se seraient ensuite effondrées [...] la théorie concurrente à celle de Suess, soit celle de la permanence des océans et des continents (théorie de Dana), et qui est renforcée par l'isostasie et par toute preuve de différence de nature entre les fonds océaniques et les socles continentaux, est contraire aux preuves paléontologiques et biologiques de liaisons intercontinentales. Les deux théories de la fin du XIXe siècle, celle de Suess et celle de Dana, sont donc toutes les deux en contraction avec les faits nouveaux ; Wegener [...] montre comment les translations peuvent réconcilier à la fois les preuves paléontologiques et les exigences de l'isostasie [...] Il cherche à conforter son idée par toute une série d'indices nouveaux [...] il avance des arguments géologiques, paléoclimatiques et géodésiques [...] C'est cette globalité, cette possibilité de rendre compte d'une multitude de phénomènes, de regrouper les arguments des différentes disciplines des sciences de la Terre (paléontologie, paléoclimatologie, stratigraphie, géologie, géodésie, géophysique) qui donne à l'idée de la dérive son originalité, son intérêt et sa force, et qui met en évidence sa très grande fécondité. Wegener poursuit en quelque sorte la démarche de Suess [...] en approfondissant la géologie comparée et en précisant les rapports entre les différentes parties du globe, et, d'autre part, en développant une vue générale de la surface de la Terre [...] regroupant les différentes approches possibles (p.484-491).

Les forces de la dérive

L'hypothèse de la dérive n'est donc envisageable que par la possibilité d'un comportement fluide de la couche simatique sous jacente. [...] les forces postulées sont [...] la force vers l'équateur, les forces de précession, les frictions des marées et l'attraction directe entre les continents [...] Wegener, avec d'autres auteurs, estime que ces différentes forces, bien que très faibles, peuvent produire un déplacement appréciable des continents car elles agissent constamment dans la même direction et avec la même intensité pendant tous les temps géologiques [...] Cette affirmation [...] constitue le point le plus controversée de la théorie [...] Toute la difficulté réside donc encore une fois, comme pour les problèmes isostatiques, dans la compréhension du comportement rhéologique de la Terre. Les couches externes du globe possèdent-elles [...] un seuil de plasticité ? Est-il possible qu'elles se laissent déformer par des forces extremement faibles mais agissant pendant de très longues durées, ou faut-il qu'un seuil soit dépassé ? [...] Au cours des discussions sur la théorie de Wegener, [...] le mécanisme invoqué pour expliquer la dérive ne peut pas être pleinement satisfaisant [...]

Bull, en 1921, [...] propose l'idée remarquable de mouvements convectifs résultant [...] d'un chauffage différentiel du à une distribution non uniforme des éléments radioactifs. [...] Les hypothèses de Bull [...] très proches de celle de Holmes [...] posent l'idée que les mouvements des continents peuvent être la manifestation en surface de mouvements profonds et que le mécanisme responsable du déplacement des continents est l'évacuation thermique contenue dans la Terre (p.492-500).

En 1930, l'année de la mort de Wegener, [...] la théorie de la dérive ne s'impose pas [...] Les objections au mécanisme causal sont [...] légitimes [...] l'absence presque totale de connaissances dans la géologie des océans limitait les tentatives d'appréhension générale du globe et a certainement beaucoup joué dans le refus des vues de Wegener : sa synthèse était trop précoce, les connaissances sur le globe trop partielles [...] les années 1930-1950 sont caractérisées par une absence assez nette de confrontation [...] que ce soit chez les partisans comme chez les négateurs [...] Il faut dire qu'un certain nombre de géologues et de géophysiciens ne sont que très peu préoccupés par cette théorie. Elle ne leur parait d'aucune utilité dans leurs investigations personnelles, que ce soit par exemple pour l'étude de la structure géologique de régions continentales précises ou pour la détermination d'un modèle de Terre en densité et en composition chimique. Chaque spécialité semble plus concernée par l'approfondissement de son domaine d'étude que par le développement d'une vue générale sur la Terre, et peut sans difficulté aucune se passer d'une théorie sur les translations continentales. (p.502-504).

Les études paléomagnétiques permettent donc la confirmation des idées de Wegener. Malgré tout, ces nouveaux arguments n'apparaissent pas suffisamment concluants pour remporter l'adhésion. Les doutes sur la qualité des mesures sont trop importants et on reproche aux paléomagnéticiens d'avoir trop négligé les possibilités d'altération des aimantations anciennes, soit par disparition, soit par addition d'aimantations parasites. Jeffreys (1959) demande même si le marteau nécessaire pour briser les roches transportées au laboratoire n'affecte pas leur magnétisme. [...] Malgré les données paléomagnétiques, la théorie des translations continentales ne s'impose toujours pas [...] la plupart des arguments pro ou anti-wegenériens restent sensiblement les mêmes en 1960 qu'en 1930 : ils ne reposent toujours que sur la géologie continentale et n'incorporent pas la géologie des fonds océaniques (p.507).

L'opposition mobiliste-fixiste par rapport aux déplacements superficiels de blocs continentaux n'a donc pas connu de développement significatif entre 1930 et 1960. elle s'est cependant développé dans une autre direction [...] avec la confrontation soulevée par l'hypothèse des courants de convection d'origine thermique. Le mobilisme n'est plus superficiel mais interne. Les théories convectionnistes [...] ne sont pas (si l'on excepte Holmes) reliées à la théorie de Wegener, ni invoqués pour donner les forces de la dérive, mais plutot pour fournir les forces de l'orogenèse (p.507).

Bilan de la période 1900-1960

L'idée marquante est l'introduction de la notion de mobilisme, d'une part grâce à la théorie de la dérive des continents par Wegener en 1912 puis, d'autre part, sur la base de l'hypothèse des courants de convection. Les études mécaniques cherchant à prouver ou à réfuter ces idées sont extrêmement nombreuses [...] Toutefois, malgré la richesse et la multiplicité des idées émises à l'époque, une vision globale de la Terre ne s'impose pas. Il faudra attendre les années 1960, à la suite de l'exploration systématique des fonds des océans, pour qu'une synthèse des différentes connaissances acquises au cours du siècle soit possible (p.407).
L'absence d'une théorie unificatrice est troublante lorsqu'on sait que la situation va évoluer très rapidement au cours des années 1960 et que la théorie tectonique globale qui va s'imposer aura pour base les idées de dérives continentales et de convection mantellique émises très tot par Wegener et Holmes. A la fin des années 1950, les deux théories de la dérive et de la convection restent toutefois deux théories séparées. On ne saisit pas comment les courants de convection pourraient être le moteur du mouvement des continents. L'idée manque pour réunir les idées dispersées et ce n'est que lorsqu'on trouvera l'articulation entre les mouvements internes et les mouvements superficiels qu'une vision unifiée des phénomènes de surface pourra advenir. (p.550)

3. L'époque actuelle

L'année géophysique internationale (1er juillet 1957 - décembre 1958) et le lancement des premiers satellites articificiels pourraient marquer le début de l'époque actuelle. Cette dernière période, par le nombre et l'actualité des travaux, ne peut pas encore faire l'objet d'une étude historique. Nous nous contenterons d'en donner les traits essentiels [...]. Suite à l'évolution des découvertes géophysiques et surtout à l'exploration généralisée des fonds océaniques, Hess (1962) émet l'hypothèse que les dorsales océaniques représentent la trace des courants ascendants de cellules de convection et que la ceinture volcanique circum-pacifique est la manifestation en surface des courants descendants (p.551). [...] L'idée de Hess est confortée par Morley, Vine et Matthews en 1963 qui interprétent les anomalies magnétiques découvertes sur le plancher océanique comme des marqueurs de l'expansion [...] En outre, l'échelle des inversions établie par les paléomagnéticiens permet de quantifier les vitesses d'expansion des océans, en associant les linéations magnétiques aux inversions correspondantes. Les indices de la dérive ne sont donc plus uniquement continentaux mais également océaniques et, puisqu'il est reconnu que les océans se sont ouverts, il n'est plus possible de nier que les continents ont dérivé ! [...] En 1967, on développe le concept de zones de subduction en interprétant les séismes profonds sous les fosses océaniques comme la trace du retour de la lithosphère océanique dans le manteau. Ces différentes approches seront synthétisées en 1967-1968 par Morgan, Mac Kenzie et Le Pichon qui formulent la théorie de la tectonique des plaques (p.552).

Cette nouvelle approche de la Terre a également bénéficié d'une autre évolution importante, liée à l'exploration planétaire. Les voyages lunaires des années 1969-1970, puis l'envoi de sondes vers les autres corps du système solaire, montrent des planètes géologiquement différentes de la Terre. La comparaison entre les divers corps du système solaire suscite la naissance d'une véritable science des planètes (p.553).

L'afflux extraordinaire d'informations apportées par les observations satellitaires, les expéditions océanographiques, les campagnes de prospection gravimétrique et sismique, les mesures sismologiques et les expériences de laboratoire aux hautes pressions et hautes températures. De plus, les moyens de calculs permettent de multiples modélisations à partir des solutions numériques des équations de la mécanique [...] Outre des précisions importantes apportées dans la modélisation thermique et dans les conceptions ds changements de phase dans le manteau, les développements majeurs concernent la prise en compte des variations latérales des paramètres physiques et le renouvellement des études géomagnétiques à partir de l'idée de dynamo auto-excitée (p.553-554).

Le modèle de Terre actuel et l'avènement d'une théorie fédératrice (la théorie de la tectonique des plaques et de la convection mantellique) apportent des réponses simples et convaincantes aux questions posées par les observations et les mesures de surface. (p.19-21).
La formulation d'un nouveau schéma explicatif général a été possible, où les différentes morphologies de la surface ont pu prendre sens. Un point important est la considération des phénomènes physico-chimiques (la différenciation magmatique et le métamorphisme) qui surviennent aux frontières de plaques et qui permettent de comprendre la formation de la croute océanique et de la croute continentale (p.557).

CONCLUSION :
Les conceptions actuelles reprennent le plus souvent d'anciennes idées contradictoires afin d'en montrer la complémentarité. De nombreuses controverses du passé ont ainsi été résolues par l'apparation d'un niveau plus profond de compréhension, qui a permis l'abandon d'une explication unique au profit de la diversité et la complexité : la Terre est à la fois à symétrie sphérique et à hétérogénéités latérales, à la fois fluide et solide, à la fois façonnée par des processus uniformitaristes et catastrophistes. La diversité des manifestations peut malgré tout être expliquée à l'aide d'un principe unificateur simple : le moteur thermique dû au refroidissement du globe. Il entraine la déchirure des plaques, la subduction de la matière froide et l'expansion des fonds océaniques, induit les mouvements lithosphériques fournissant les forces nécessaires à l'édification des structures géologiques et permet, aux frontières des plaques, des processus physico-chimiques à l'origine de la croute océanique et de la croute continentale. La compréhension actuelle de notre planète résulte ainsi à la fois de la reconnaissance de la variété des phénomènes et de la possibilité de son interprétation par une mécanisme thermique simple. [...] Dans cette longue exploration [...] soulignerons-nous assez l'intéret, la pertinence et la "beauté" des théories de chaque époque qui ont toutes le mérite de chercher une explication intelligente à la réalité, et de montrer l'ingéniosité et la créativité de la démarche scientifique (p.569).

Ellenberger, F. Hsitoire de la Géologie, Encyclopédie Universalis.

La géologie s'est constituée en une science organisée avec une étonnante rapidité, au début du XIX e siècle. Depuis lors, elle s'est progressivement développée, enrichie et diversifiée. […] lors de sa grande éclosion, cette science a bouleversé les rapports entre l'homme et le monde, en révélant la durée prodigieuse des temps qui ont précédé l'humanité, et en ressuscitant les mondes vivants innombrables qui, avant elle, s'étaient succédé sur la surface de la Terre. Ce faisant, elle empiétait forcément sur le domaine des enseignements des Églises. Certains ont volontiers allégué que la géologie moderne était née d'une victoire de la raison sur l'obscurantisme religieux, favorisée en outre par la révolution industrielle. […] les choses n'apparaissent pas aussi simples.

[...] entre 1810 et 1830, un prodigieux bond en avant se produit, exemple remarquable d'une révolution créatrice ; une communauté géologique internationale se crée ; les échanges et rencontres se multiplient. En 1807 est fondée la Geological Society of London. En 1830, ce sera le tour de la Société géologique de France ; dès lors, la géologie est une science adulte. Répugnant aux théories hâtives, elle se veut « positive », pressée de décrire méthodiquement la constitution géologique de territoires petits ou grands [...] C'est désormais une histoire de la surface terrestre, reconstituée pas à pas, qui est l'objectif essentiel.[...] Bornons-nous à quelques jalons.

On propose enfin une explication rationnelle de la formation des montagnes [...] Léonce Élie de Beaumont (1798-1874) relie logiquement l'orogenèse au refroidissement lent du globe, dogme admis durant tout le siècle (la première « tectonique globale », a-t-on écrit). Il montre que des « soulèvements » répétés ont affecté la France et les territoires voisins, soulèvements marqués par des discordances angulaires d'âges différents selon les lieux et, à distance, par des ruptures dans la sédimentation tranquille, accompagnées d'un changement de faune. Il y voit des catastrophes dues au brutal réajustement de la croûte terrestre devenue trop grande pour l'intérieur qui se contracte du fait de son refroidissement continu. [...]

L'orogenèse est révolutionnée, dans les années 1885-1900, par la découverte inattendue des grandes nappes de charriage, principalement dans les Alpes (Marcel Bertrand, 1847-1907, etc.). La seule contraction du globe par refroidissement devient inadéquate. Le fait des nappes implique un minimum de mobilité des continents. En 1924, Émile Argand (1879-1940) adopte de ce fait avec enthousiasme l'essentiel des idées d'Alfred Wegener (1880-1930). Notons que l'exploration de l'Ouest américain met en vedette les vastes mouvements verticaux lents [...] spontanés [...] ou par réajustement isostatique [...]. Le grand tectonicien Eduard Suess publie, entre 1883 et 1909, la première synthèse complète de la géologie structurale de la Terre mais refuse les mouvements ascensionnels de sa surface. La paléontologie et la micropaléontologie [...] ont fait des progrès vertigineux, au point d'obliger les spécialistes à limiter de plus en plus leur champ d'activité. Les fossiles restent l'instrument privilégié de datation des couches mais, désormais, au côté de méthodes physiques, au premier rang desquelles la radiochronologie, dont l'initiateur fut le physicien Ernest Rutherford et le pionnier en géologie Arthur Holmes [...]. Dès 1905, on suppute des âges de 2 milliards d'années, à la grande colère de lord Kelvin [...].

La géologie actuelle est l'aboutissement d'un développement historique qu'il faut connaître pour comprendre l'articulation logique des innombrables spécialisations où elle a tendance à s'éparpiller : c'est la conséquence de l'énorme accroissement, depuis les années soixante, du nombre de chercheurs et de publications. Cette situation n'a pas de précédent. [...] L'histoire nous tend un miroir ; elle nous montre notamment le danger des systèmes si bien construits que l'on a tendance à s'y enfermer, en se contentant de les enrichir frileusement du dedans. Les progrès futurs sont en général inattendus, voire dérangeants ([...] les nappes et la radioactivité brisent le consensus de la contraction, Wegener s'insurge contre les continents immuables, etc.). Les conduites humaines changent peu ; il est bon d'étudier la logique des erreurs passées : elles peuvent éclairer les voies de notre science actuelle, en nous incitant à ne pas nous enliser, à poursuivre avec esprit critique, indépendance et audace la quête séculaire, jamais achevée.

Hallam, A. (1976). Une révolution dans les sciences de la Terre. Editions Seuil.

On eut donc pu s'attendre, une fois passées les premières réactions de scepticisme, à ce que des équipes de chercheurs soient suffisamment stimulées par cette théorie pour tenter de la mettre à l'épreuve de diverses façons. Tel ne fut pourtant pas le cas avant la guerre, ni même immédiatement après. La plupart des chercheurs, au contraire, et surtout en Amérique du Nord, soit rejeterent purement et simplement l'hypothèse de la dérive des continents comme un tissu d'absurdités, soit conservèrent à son égard le plus grand scepticisme.

Holmes souffrit peut etre du peu de renommée de la revue qui l'avait publié [...]. Toujours est-il que la grande majorité des géologues et des géophysiciens pensaient pouvoir reléguer les théories générales comme celle de la dérive des continents au ban de leurs préocupations, et se cantonner dans leurs diverses spécialités. Il fallut l'irruption explosive de données et d'idées nouvelles, qui, dans les deux décennies qui suivirent 1950, résultat du très grand élargissement de la communauté scientifique pour que l'on prenne conscience de l'état de stagnation intellectuelle qui avait caractérisé l'histoire des sciences de la Terre dans les décades précédents. (p.60).

L'une des principales raisons pour lesquelles la controverse d'avant-guerre s'était montrée si peu féconde était notre ignorance totale de la constitutions des fonds océaniques qui, compte tenu des mers intérieures, ne couvrent pas moins de 70% de la surface de la planète. Nos connaissances en ce domaine devaient s'accroitre considérablement à partir des années cinquante et beaucoup d'idées se trouvaient modifiées par suite des nouveaux travaux océaniques. Cependant, c'est dans un autre domaine relativement récent, celui de l'aimantation des roches que la conception encore régnante de continents fixes fut pour la première fois sérieusement ébranlée (p.61).

Dans le cadre d'un programme connu sous le nom de JOIDES (programme d'échantillonnage profond commun aux instituts océanographiques), et financé par la National Science Fundation des Etats-Unis, le batiment de forage Glomar Challenger entreprit une série d'expéditions en prenant à son bord successivement différentes équipes scientifiques internationales. Un système unique de postionnement dynamique, controlé par ordinateur, maintenait le navire immobile dans des eaux trop rofondes pour qu'on put y jeter l'ancre. Il fut ainsi possible d'obtenir, par des fonds supérieurs à 6000 mètres, des carottes de sédiments de plus de 1000 mètres, ce qui constituait un extraordinaire exploit technologique. (p.99)

Réflexions sur une révolution scientifique
in Hallam, A. (1976). Une révolution dans les sciences de la Terre. Editions du Seuil, pp. 151-165.

Kuhn s'oppose à l'idée traditionnelle selon laquelle le progrès scientifique consisterait en l'accumulation progressive de découvertes et d'inventions. Kuhn considère que les révolutions scientifiques se font par la substitution d'un paradigme, c'est-à-dire d'une conception du monde, à un autre. (p.153) [...] L'acquisition d'un paradigme est un signe de maturité dans le développement d'une science. Faute de cette acquisition, les faits sont rassemblés au gré du hasard et les preuves ne peuvent avoir qu'un très faible poids. Dans ces conditions, la simple accumulation de données ne produit souvent rien de plus qu'un chaos informe. [...] En ce qui concerne les sciences de la Terre, il est clair que c'est la tectonique des plaques qui constitue, à l'heure actuelle, le paradigme dominant. Si l'on veut caractériser cette révolution conformèment à la définition de Kuhn, il est nécessaire de déterminer à quel paradigme la tectonique des plaques est venue se substituer [...]

Considérons par exemple la question de l'orogenèse. Au début du siècle, les chercheurs hostiles à l'hypothèse de la dérive des continents adoptaient sur cette question des points de vue divers et inconciliables entre eux. (p.154) [...] Le seul point commun qui ressort de ce salmigondis d'opinions est une conception de la Terre "stabiliste" et non mobiliste, qui attribue aux continents une position relativement immuable. Dans la mesure où c'est Wegener [...] qui le premier mit en doute le bien-fondé de cette hypothèse, on est en droit de considérer que cette révolution comença au tout début de ce siècle. Cependant, cinquante ans devaient s'écouler avant que de nouvelles preuves et de nouvelles idées amènent la communauté scientifique à opter pour le point de vue mobiliste et permettent la pleine formulation du nouveau paradigme (p.155).

[...] On peut certes s'interroger sur la signification de "révolutions" qui mettent parfois un demi-siècle à aboutir, guère plus rapides donc que d'autres modes, plus modestes, de transformation de la pensée et de la technique (p.156). [...] Ferme partisan d'une étude pluridisciplinaire de la Terre, Wegener soutenait que, vu l'impossibilité de soumettre les hypothèses géophysiques à des expériences déterminantes ainsi qu'on le fait en physique, il convenait d'accumuler des preuves glanées dans les domaines les plus divers, et dont aucune à elle seule n'autrait été concluante. (p.157-158). [...] Un des obstacles les plus sérieux fut sans doute l'absence, surtout en ce qui concerne les océans, de certaines preuves qui d'une manière ou d'une autre, cela est apparu clairement ces dix dernières années, étaient propres à lever les derniers doutes sur l'interprétation de Wegener. C'est ainsi que certains régions parmi les plus importantes, telles que l'Afrique du Sud ou l'Amérique du Sud, étaient inaccessibles à la majorité des géologues, à une époque où les crédits de mission étaient infiniment moins importants qu'aujourd'hui ; les chercheurs étaient donc contraints d'accepter de confiance bon nombre d'affirmations.

Cela ne saurait pourtant suffire à expliquer l'accueil hostile que rencontra sur le champ l'hypothèse de la dérive des continents [...] Aussi convient-il d'aller plus au fond des choses et de reconnaitre que le véritable obstacle au triomphe de Wegener n'était pas tant l'insuffisance des données qu'une certaine Gestalt de la Terre : le paradgime stabiliste. En effet, les données les plus immédiates, par exemple la forme des continents, peuvent être équivoques suivant le point de vue, statique ou mobiliste, que l'on adopte.

[...] les arguments géophysiques avancées par Jeffreys pour rejeter la dérive des continents étaient étayés par des observations quantitatives et par une connaissance en apparence supérieure des propriétés physiques de la Terre. On ne peut manquer d'être frappé par l'analogie entre cette situation et la controverse sur l'âge de la Terre qui opposa Lord Kelvin et les géologues de la fin du siècle dernier et dans laquelle le prestigieux physicien continua à avoir le dessus jusqu'à la découverte de la radioactivité des roches. [...] la théorie de Kelvin, selon laquelle la Terre devrait nécessairement se refroidir du fait qu'elle rayonne de la chaleur [...] fut finalement réfuté par l'importante découverte d'un autre physicien de premier rang [...] Rayleigh fit état, en 1906, de la découverte du radium dans un grand nombre de roches provenant des parties les plus variées de la planète. Une morale possible de cette histoire est que seul un physicien peut réfuter un autre physicien, parce qu'ils parlent le même langage (p.160). [...] En l'absence d'un mécanisme plausible de la dérive des continents, peu de géophysiciens pouvaient accepter de renoncer à leur Gestalt stabiliste, si fragile fut la base empirique sur laquelle ils la faisaient reposer. [...]

Une raison supplémentaire de l'hostilité que rencontra Wegener provient du caractère pariel des critiques que lui adressaient ses collègues, qui ne s'occupaient en général que de ce qui touchait à leur propre spécialité. A lire la littérature d'entre-deux-guerres, on s'aperçoit imédiatement qu'il n'existait pratiquement aucune communication, par exemple, entre les géophysiciens et les biologistes (y compris paléontologues). Seul un étranger à ce dernier domaine, tel que Wegener, pouvait observer que l'idée des passerelles continentales, chère à ces derniers, était indéfendable, mais qu'il fallait néanmoins trouver le moyen d'expliquer les ressemblances de la faune et de la flore d'un continent à l'autre.

Deux conceptions différentes de la nature de la pensée scientifique ont prévalu successivement au cours du temps. La conception la plus traditionnelle [...] représente la science comme une démarche essentiellement inductive, qui part des faits pour aboutir à des théories générales [...] une conception de la science comme activité de rassemblement et de classification des faits. Bien au contraire, une science est d'autant moins encombrée de faits qu'elle a atteint un plus grand degré de maturité. A mesure qu'une science progresse, les faits s'intégrent de mieux en mieux à des principes généraux d'une plus grande portée explicative [...] il n'est plus besoin d'enregistrer la chute de chaque pomme. D'où la seconde conception [...] qui considère la science comme fondamentalement hypothético-déductive. A partir des insuffisances de telle théorie traditionnelle; le scientifique formulerait une autre hypothèse pour expliquer les données existantes et en déduirait des conséquences qui seraient alors soumises à vérification. Cette conception rend certes beaucoup mieux compte de la nature effective du progrès scientifique et se rapproche étroitement de la méthode de Wegener lui-même [...] L'image véritable de ce qu'est la pensée scientifique est moins simple, mais plus intéressante ; elle est liée à la transformation de [...] paradigmes par la constitution de modèles théoriques, soumis à diverses conditions de "plausibilité", et ne peut etre considéréee hors du rapport qu'elle entretient avec toutes sortes de facteurs sociaux. [...] l'une des principales difficultés rencontrées par Wegener tient certainement au fait qu'il n'était pas reconnu comme faisant partie de la communauté des géologues professionnels [...] La théorie de la tectonique des plaques, fondée sur l'hypothèse de la dérive des continents, a remarquablement réussi à donner une explication cohérente de nombreux phénomènes géologiques et à offrir une représentation de l'évolution de la Terre plus intelligible que toutes celles dont on disposait jusque là. Il faut voir en elle le plus important progrès qui ait eu lieu dans le domaine des sciences de la Terre depuis qu'au début du XIXè siècle, le paradigme de l'évolution uniforme et celui de la corrélation stratigraphique fondée sur l'étude des fossiles avient donné à la géologie le rang de science véritable. Selon les critères habituels de précision, de généralité, de valeur explicative et de vérifiabilité, la tectonique des plaques apparait comme une théorie scientifique de très haute valeur [...] (p.163-165)

Entre 1883 et 1909, Eduard Suess fait entrer les sciences de la Terre dans une ère nouvelle en développant une vision globale de la tectonique de surface. Il s'appuie sur une grande quantité d'observations et cherche à faire ressortir les traits fondamentaux de la planète, prise dans son ensemble. "M. Suess a su s'élever assez haut pour voir les traits fondamentaux de l'ensemble s'accuser au milieu de la complexité des détails » (in E. Suess, La Face de la Terre, Préface de Marcel Bertrand, tome I, 1883 ; traduction française, Paris, Armand Colin, 1905, p.vi).

L'étude des chaînes de montagnes permet à Suess d'affirmer l'existence de mouvements verticaux et horizontaux importants. Dès 1875, il reconnaît que la chaîne alpine est déversé sur un « avant-pays » et il postule l'existence d'une poussée venue du Sud ou du Sud-Est avec des déplacements tangentiels importants. En 1883, il écrit : « Les dislocations visibles dans l'écorce terrestre sont le produit de mouvements qui résultent de la diminution du volume de notre planète. Les efforts développés par l'effet de ce phénomène tendent à se décomposer en efforts tangentiels et en efforts radiaux, et par suite en mouvements horizontaux (c'est-à-dire en poussée et en plissements) et en mouvements verticaux (c'est-à-dire en affaissements) ".(E. Suess, La Face de la Terre, op. cit., p.139). Le moteur des mouvements superficiels reste la contraction thermique (comme pour Elie de Beaumont) qui n'empêche pas des mouvements latéraux importants.

Suess compare également les séries stratigraphiques et les faunes et les flores fossiles d'un continent à l'autre. Certaines régions aujourd'hui séparées par des océans possédent une faune fossile commune. Ces similitudes entre des manifestations anciennes de la vie sont impossibles à expliquer selon la théorie darwinienne de l'évolution si on n'admet pas l'existence de liaisons intercontinentales aujourd'hui effondrées. Les mers intérieures et les vastes océans se sont formés puis agrandis par des affaissements successifs. Cette idée lui permet également d'expliquer les transgressions et régressions marines. Lorsque l'écorce s'effondre brutalement, la mer fait de même (régressions). Le comblement progressif des mers amène les transgressions.

En 1900, Emile Haug donne des arguments géologiques et paléontologiques qui militent en faveur de l'existence d'anciennes unités continentales. Les chaînes de montagnes se forment uniquement le long de bandes étroites (les géosynclinaux) intercalées entre des unités continentales stables. "Chaque unité continentale a eu sa faune propre tant qu'elle est restée isolée, que des migrations se produisent chaque fois que des communications par terre s'établissent avec une unité voisine et que la faune la mieux organisée dans la lutte pour l'existence arrive à s'implanter et à refouler la faune autochtone dans les parties plus reculées du continent. Si plus tard l'unité continentale est morcelée par un effondrement partiel, les résidus de faunes permettront de rétablir par la pensée l'ancienne connexion. On voit quels services précieux peut nous rendre l'étude des faunes terrestres dans les essais de reconstitution des continents morcelés »

[...] le modèle contractionniste mis en avant par Suess [...] explique les analogies de faunes et de flores et les ressemblances géologiques entre des continents aujourd'hui séparés par des océans par l'effondrement de ponts continentaux. D'un autre côté, notamment au États-Unis, les géologues privilégient le modèle permanentiste, développé à partir de 1846 par Dana. Ils considèrent que les océans et les continents constituent des figures permanentes de la surface du globe depuis son origine et insistent sur les différences de nature entre les deux structures.

Au début du XXe siècle, les études sur l'équilibre isostatique des continents montrent que ceux-ci peuvent être considérés comme des blocs légers d'un composé nommé alors sial (car composés essentiellement de silicium et d'aluminium) en équilibre sur une couche plus dense d'un composé nommé alors sima (roches composées essentiellement de silicium et de magnésium) qui affleure au niveau des océans. Ces travaux favorisent le modèle permanentiste aux dépens du modèle contractionniste. Comment en effet pourrait-on postuler que des parties continentales légères puissent s'enfoncer au niveau des fonds océaniques plus denses ? Mais chaque nouvelle donnée paléontologique devient une preuve de l'existence d'une liaison intercontinentale, et renforce le modèle de Suess au détriment de celui de Dana.

[...] La théorie de Wegener découle [...] des incohérences des théories précédentes, qui apparaissent [...] lorsqu'on réunit les différentes disciplines des sciences de la Terre. [...]
[...] Les continents, autrefois réunis en une seule masse continentale nommée Pangée, se sont dispersés pour atteindre leur position actuelle en fendant le sima qui les entoure. Il lie l'orogenèse au déplacement des continents, ce qui lui permet de donner une explication unifiée du relief terrestre. D'une part, il affirme que les chaînes de montagnes intracontinentales [...] naissent de la collision entre deux socles continentaux et, d'autre part, il expose [...] que la dérive des continents à travers le sima forme par compression des chaînes de montagne à leur « proue » (les Rocheuses ou la Cordillère des Andes) et laisse derrière eux (à leur « poupe ») des fragments à l'origine des guirlandes d'îles (Antilles, archipels japonais, Ouest-Pacifique...).

[...] La démonstration [...] résulte d'une accumulation d'indices provenant d'observations diverses.

la notion de sial demeure, même si son nom a changé : c'est la croûte continentale. La notion de sima, roche riche en silicium et magnésium est devenue plus complexe, puisqu'elle recouvre croûte océanique et manteau dans son ensemble.

les continents peuvent toujours être considérés comme des bateaux pris dans (ou plutôt posés sur) une banquise de glace, banquise qui dérive sur l'océan en entraînant avec elle les bateaux.

les bateaux sont constitués de la lithosphère continentale (et non plus de la simple croûte), la banquise est constitué de la lithosphère océanique (et non pas de la seule croûte), et l'océan correspond à l'asthénosphère et au manteau inférieur.

• See also How science works from Osborne, J. & Dillon, J. (2010). Good Practice in Science Teaching: What research has to say. Open University Press, 2nd Revised edition, 256 pages.
• Bartholomew, H., Osborne, J.F., & Ratcliffe, M. (2002, April). Teaching pupils ‘‘ideas-about-science’’: Case studies from the classroom. Paper presented at the 75th International Conference of the National Association for Research in Science Teaching, New Orleans. Available on-line here.
• Osborne J., Collins S, Ratcliffe M., Millar R., Duschl R. (2003). What ‘‘Ideas-about-Science’’ Should Be Taught in School Science? A Delphi Study of the Expert Community. Journal of Research in Science Teachnig, Vol. 40, No. 7, pp. 692–720.

A tentative comparison of the most prevalent ideas about science found in current National Curricula or National Standards (McComas & Olson, 1998), i.e., ideas found in six or more national curriculum documents, and those emerging from this study. In the table, themes emerging from McComas and Olson’s work that are similar to 10 themes emerging from this work have been juxtaposed.

Many of the themes emerging from our study fall under the umbrella of the Methods of
Science : Experimental Methods and Critical Testing, Creativity, Science and Questioning, Diversity of Scientific Method, and Analysis and Interpretation of Data). Two themes (Historical Development of Scientific Knowledge and Science and Certainty) are aspects of the Nature of Scientific Knowledge. There is only one under the heading of the Institutions and Social Practices of Science.

[...] why so many of the ideas of contemporary scholarship about the nature of science are absent. For instance, neither the themes emerging from this study nor those of the national curriculum documents place much emphasis on the role of theory, explanation, and models. They do not, for instance, represent a more contemporary view of science such as that offered by Giere (1991), who portrayed science as a multidimensional interaction among the models of scientists, empirical observation of the real world, and their predictions.

[...] We suggest that the omission of other components is simply owing to the fact that they were regarded as too complex or too contentious for inclusion.

[...] One challenge is how such themes can become part of the instructional sequence. To what extent, for instance, can these themes be taught directly as part of discrete lessons or should they permeate all science lessons.

Whereas inquiry-based approaches, investigations, or practical work will certainly address many of the themes in the Methods of Science category, unless there is some careful mediation on the part of the teacher across lessons to highlight the methodologic features of these activities and their generic nature explicitly, many aspects of a more accurate picture of the nature of science may be glimpsed only partially, if at all, by students.

see Kolsto's comments (2012) on links between IBSE and Teaching SSI

The 9 Themes from phase 1 of this study that form the components of a simplified or core account of the Nature of Science. In Bartholomew, Osborne, & Ratcliffe, 2002.

Five factors that afforded or inhibited the teachers’ pedagogic performance to teach effectively about science. They serve as a valuable analytical tool for analysing and explaining the success, or otherwise, that individual teachers have when confronted with teaching components of the nature of science. In addition, we argue that they are an important means of identifying salient aspects of pedagogy for initial and inservice training of teachers for curricula that require the teaching of SSI.
see also Urgelli, ESERA, 2011 and HEP Lausanne, 2012

Figure 1 shows a summary for one theme, The Tentative Nature of Scientific Knowledge, and some of the justifications provided by the participants. Early in the process, the decision was made to summarize the themes using language of an academic nature which was understood by the overwhelming majority of the participants. Such language has the advantage of offering economy and precision of meaning that was thought important for communicating ideas precisely with a minimum of misnterpretation. However, we recognize that, as currently articulated, the ideas embodied in the themes would have to be unpacked and elaborated for a practitioner audience. This process resulted in the production of 30 themes grouped under three major categories: The Nature of Scientific Knowledge, the Institutions and Social Practices of Science, and the Methods of Science.

Table 1 shows the titles of the themes grouped under these heading and the summary statements used in Round 3 to capture their meaning using key phrases articulated by the Delphi panel. It also shows the mean and modal ratings and the standard deviations (SD) in Rounds 2 and 3.

Figure 2. Nature of scientific knowledge: Revised version for Round 3 and participants’ comments from Round 2.