Les échosondages ont révélé une topographie singulière sous les océans. Les marges continentales passives (sans activité sismique ou presque) sont caractérisées par un plateau continental (0 à 200m) suivi d'un talus qui descend jusqu'à la plaine abyssale (4000 à 5000m). Des chaînes de volcans parcourent tous les océans sur 60000 km : ce sont les dorsales océaniques.

Au large des marges actives (à forte activité sismique et volcanique), se trouve des fosses pouvant parfois atteindre les 11000 m!

Le flux géothermique est la quantité de chaleur interne évacuée par unité de surface et de temps. En moyenne de 60 mW/m2, il est très élevé à l'aplomb des dorsales (300 mW/m2) ce qui suggère un magmatisme proche de la surface dans ces régions.

Selon Hess, le plancher océanique est formé au niveau des dorsales puis il dérive de part et d'autre de ces dernières avant de s'engloutir dans le manteau au niveau des fosses. Il explique ces grands mouvements par la convection.

Comme son prédécesseur Holmes, Harry Hesse rencontra énormément de scepticisme de la part des géophysiciens.

Prélevant des roches datées, on va pouvoir mesurer en laboratoire les directions du champ magnétique qu'elles ont fossilisées lors de leur formation.

On va retrouver la latitude de formation et la rotation par rapport au pôle de la roche analysée.

Si l'hypothèse du dipôle axial centré est correcte, ce pôle nord magnétique sera également le pôle nord géographique (axe de rotation de la Terre)

Le champ magnétique terrestre est la conséquence des courants de matière dans le noyau externe liquide (et composé à 80% de fer). Ce champ est caractérisé par son intensité, son inclinaison et sa déclinaison (cf schéma). Les basaltes peuvent conserver les caractéristiques du champ magnétique de la Terre au moment de leur formation. Cette aimantation fossile (thermorémanente) permet de retrouver les paléopôles magnétiques. Les scientifiques ont alors fait deux observations surprenantes :

- Des roches de même âge mais prélevées sur des continents différents pointent des paléopôles différents.

- Des roches d'âges variés prélevés sur un même continent semblent montrer une dérive du paléopôle au cours du temps.

En partant de l'hypothèse que le pôle magnétique a toujours été proche du pôle géographique, on en déduit que ce sont les continents se trouvant au dessus des paléopôles qui ont migré : la théorie du déplacement des plaques est confirmée.

L'enregistrement des anomalies magnétiques océaniques constitue un argument fort en faveur de l'hypothèse de Hess : l'alternance de bandes inverses et normales d'anomalies magnétiques et leur parfaite symétrie à l'axe de la dorsale prouvent que le plancher océanique est en expansion à la manière d'un tapis roulant.

La recherche des paléolatitudes permet de repositionner les continents à chaque époque géologique (pour les 500 derniers millions d'années du moins) et donc de tracer des cartes paléogéographiques.

Image de tomographie sismique (source IPG)

En bleu les zones froides (vitesses des ondes rapides), en rouge les zones chaudes (vitesses des ondes lentes)

Dans une zone de subduction, les foyers des séismes sont de plus en plus profonds à mesure que l'on s'éloigne de la fosse en direction de l'arc volcanique . Ils s'inscrivent dans un plan incliné de moins de 100 km d'épaisseur appelé plan de Wadati-Benioff. Ce plan correspond à la plaque lithosphérique plongeante.

La tomographie sismique révèle une double anomalie du flux de chaleur interne au niveau de la zone de subduction :

- Une anomalie négative entre la fosse et l'arc correspondant à la plaque plongeante froide.

- Une anomalie positive au niveau de l'arc correspondant à la remontée de magmas sous les volcans.

Les géologues considèrent que la limite entre la lithosphère rigide et l'asthénosphère ductile correspond à l'isotherme 1300°C.

De grandes cassures décalent l'axe des dorsales océaniques : ce sont les failles transformantes. Elles sont dues au fait que les plaques se déplacent sur une sphère autour d'un axe dit eulérien. Elles forment de petits arcs de cercle centrée sur un même pôle eulérien de rotation. La longueur de ces failles augmente en s'éloignant du pôle eulérien.

L'alignement des archipels volcaniques éloignés des dorsales océaniques s'explique par le fonctionnement d'un point chaud. Un magma venant de couches très profondes (2900km) remonte et vient percer la plaque océanique en mouvement pour former un volcan. Ce dernier dérive avec la plaque et finit par ne plus être alimenté et donc s'éteint. En refroidissant, l'édifice volcanique s'affaisse et devient progressivement un atoll avec le développement de récifs coralliens circulaires.