Au commencement  du XIX^e siècle (1811), les découvertes de G. Cuvier donnèrent aux études géologiques un caractère de rigueur et de précision qu'elles n'avaient pu acquérir jusqu'alors. En effet, la détermination exacte des espèces animales éteintes permit au géologue d'établir la chronologie positive des divers terrains et des différentes formations, et de reconnaître leur âge respectif, nonobstant tous les bouleversements dont la croûte de la Terre a été le théâtre. Bien que Antoine de Jussieu eût déjà, un siècle auparavant (1708), signalé les différences qui existent entre les débris végétaux trouvés dans les houillères et les espèces actuellement vivantes, ainsi que leur analogie avec la flore des régions tropicales, les géologues avaient négligé cette source abondante de documents que leur offrait la nature elle-même. Ce fut seulement après les travaux de Cuvier et à l'exemple du célèbre naturaliste que l'on comprit que la botanique devait et pouvait concourir au même but que la zoologie.  Les premières avancées concrètes à ce sens sont dues à William Smith (1769-1839), qui au tournant du siècle va utiliser les fossiles pour ranger par strates les terrains et tracer ainsi les quelques unes des premières cartes géologiques. 

A partir de ce moment, la géologie n'a pas cessé de marcher d'un pas plus assuré dans la voie des découvertes, car désormais elle reposait sur des bases solides et avait pris un rang parmi les sciences d'observation. De nombreux et remarquables travaux ont jeté dès lors les bases de la géologie moderne. Citons, parmi beaucoup d'autres, ceux de Cordier, spécialiste des laves, et défenseur de l'idée d'une chaleur interne de la Terre; Poisson émet en 1838, au sujet de la chaleur centrale de la Terre, l'opinion que la température de la surface terrestre a diminué, parce que le Système solaire a passé d'une région chaude à une région relativement froide;Elie de Beaumont, qui tente d'expliquer l'orogenèse par les effets du refroidissement de la Terre au cours des âges géologiques; Alcide d'Orbigny qui en 1849 reconnaît grâce aux fossiles l'existence de 27 périodes entre le Jurassique et le Crétacé. Lyell qui, dans ses Principles of Geologie, 1830) qui combat le catastrophisme de Cuvier aussi bien que celui de Elie de Beaumont et donne une ancienneté de plusieurs centaines de millions d'années à la Terre; Léopold de Buch, qui explique les montagnes par l'existence de grands soulèvements causés par la montée de roches éruptives; Agassiz qui, grâce à son hypothèse sur les glaciations du quaternaire, peut enfin renoncer vers 1837 au diluvianisme jusqu'alors requis pour expliquer l'existence des blocs erratiques. Mentionnons encore : Dufresnoy, d'Omalius d'Halloy, Brochant de Villiers, Constant Prévost, Beudant, de Verneuil, Rivière, Fournet, d'Archiac, Bond, Buckland, Sedgwick, Murchison, de la Bèche, AIexandre de Humboldt, Keferstein, Leonhard; Stüder, Thurmann, Pictet, etc. 

Il s'est par ailleurs fondé au cours de ce siècle dans toutes les grandes capitales de l'Europe des Sociétés géologiques dans le but de favoriser les progrès et la diffusion de cette discipline. Les deux plus célèbres sont celles de Londres et de Paris. La fondation de celle-ci date du 17 mars 1830; elle publiera un bulletin périodique de ses travaux. Avant cette date qui marque le début d'une phase nouvelle d'activité, ces études, qui ne faisaient de la géologie qu'une énumération sèche et fastidieuse de petites couches superposées ne s'étaient adressées qu'à un petit coin de l'Europe. Mais bientôt les observations géologiques, devenant plus précises, se sont non seulement agrandies en s'étendant au continent tout entier et aux États-Unis de l'Est, mais généralisées en prenant le caractère de descriptions régionales. De plus, une analyse mieux comprise, non plus de la composition, mais de la structure du sol, a mis à jour une foule de faits nouveaux permettant cette fois; non seulement de tracer les grandes lignes de l'histoire du globe, mais de présenter des considérations très intéressantes sur les modifications subies par la géographie terrestre aux diverses époques géologiques. 

C'est l'heure où l'exécution des cartes géologiques est entreprise sur une vaste échelle, tandis que des commissions d'exploration parcourent les contrées les plus éloignées, fournissent, dans ce sens, des enseignements précieux. Après quelques décennies, les observations dirigées vers ce but se multipliant et s'étendant au globe entier, on peut dire que le progrès accompli est immense et que les résultats généraux de ces nouvelles méthodes d'observation peuvent, croit-on, se résumer d'un trait, en déclarant que notre globe peut être considéré désormais comme tout entier connu dans ses traits principaux. Aussi devenait-il possible d'entreprendre des essais de synthèse, trop longtemps ajournés faute d'une suffisante continuité dans les observations, et c'est dans de pareilles conditions que se sont produites les belles généralisations dont Suess et Neumayr ont donné le signal. 
-*

Esquisse d'une tectonique globale par Suess (1875).

D'autre part, il est encore une oeuvre considérable qui marque en quelque sorte les étapes de toutes ces observations, c'est l'Atlas physique de Berghaus, où pour la première fois on peut voir au milieu d'une foule de documents, tout particulièrement instructifs, les cartes géologiques successives de tous les continents; puis finalement, comme résumé final de tous ces travaux, une carte géologique de la Terre où les espaces blancs indiquant les régions encore inexplorées sont bien limitées. En même temps John Murray le savant directeur de l'expédition du Challenger, condensait tous les résultats des explorations sous-marines, au point de vue de la distribution des sédiments dans le fond des mers, non seulement dans un ouvrage (Deept of sea) qui prend désormais place à côté de ceux précédemment cités de Suess et de Neumayr, mais sous la forme plus expressive d'une carte géologique sous-marine aussi et même plus complète que celle de la Terre.

Dans ces conditions nouvelles, à une époque où se déploie une telle activité scientifique qu'il ne devient plus possible d'énumérer tous les travaux qui contribuent à son éclat, il est devenu tentant à l'aide de tous ces documents, non seulement de restaurer l'emplacement des anciens rivages et de tracer par suite pour chaque époque des cartes paléogéographiques très suggestives, montrant les modifications successives subies par la géographie terrestre avant d'acquérir ses formes actuelles si variées, mais de faire revivre pour ainsi dire les époques disparues en déterminant les conditions physiques qui ont présidé à chaque dépôt. Partant aussi de toutes ces données, il a été possible d'asseoir la classification sur des bases sérieuses, en donnant aux limites des diverses divisions un caractère de précision plus grand et surtout, après avoir su reconnaître les régions distinctes entre lesquelles la surface du globe a pu se partager autrefois, de tenir grand compte des histoires régionales et d'établir entre elles une concordance aussi complète que possible. C'est ce qu'exprimera le tableau des âges géologiques que l'on va construire en 1892, et où, tant la nomenclature des terrains, que  le mode de groupement des systèmes, sera le résultat de délibérations poursuivies de concert entre les représentants les plus autorisés de la géologie de ce temps (Michel-Lévy, Marcel Bertrand, Munier-Chalmas, Lapparent, etc.). (D.V. / Ch. Vélain).

Le XX^e siècle

Au début du XX^e siècle, la géologie se présentait comme une science bien établie, héritière des grands principes uniformitariens et actualistes développés au cours du XIX^e siècle. La stratigraphie, la paléontologie et la pétrographie étaient des domaines matures, qui offraient un cadre robuste pour comprendre l'histoire de la Terre, principalement à travers l'étude des roches et des fossiles. La géologie était largement descriptive, axée sur la cartographie géologique à grande échelle et la classification des formations rocheuses. Les théories dominantes étaient celles de la contraction terrestre pour expliquer les montagnes et les océans, et du fixisme quant à la position des continents. La découverte de la radioactivité au tournant du siècle allait toutefois introduire une perturbation profonde et féconde.

L'une des premières révolutions, silencieuse mais capitale, fut l'établissement de la géochronologie radiométrique. Dès 1907, Bertram Boltwood proposa la datation uranium-plomb, ouvrant la voie à la mesure de l'âge absolu des roches. Cette technique, perfectionnée par Arthur Holmes et d'autres, allait progressivement repousser les limites de l'âge de la Terre, passant des estimations de quelques dizaines de millions d'années à plusieurs milliards. La notion d'un temps géologique immensément profond se renforça, offrant un cadre temporel bien plus vaste pour l'évolution géologique et biologique. L'impact sur la stratigraphie fut considérable, permettant de calibrer les échelles de temps géologiques et de mieux comprendre les rythmes des processus terrestres.

Dans les années 1910, une idée audacieuse et controversée émergea : la dérive des continents. Alfred Wegener, météorologue et géophysicien, présenta en 1912 puis développa dans son ouvrage majeur de 1915, Die Entstehung der Kontinente und Ozeane, une théorie révolutionnaire. S'appuyant sur des arguments paléontologiques, géologiques et paléoclimatiques, il suggérait que les continents avaient été autrefois réunis en un supercontinent, la Pangée, avant de se séparer et de dériver vers leurs positions actuelles. Bien que Wegener ait accumulé un faisceau d'indices convaincants, sa théorie se heurta à une forte résistance de la part de la communauté géologique, notamment américaine et britannique. Le mécanisme qu'il proposait, la force centrifuge et les forces de marée, était jugé physiquement insuffisant pour déplacer des masses continentales à travers la croûte océanique. La dérive des continents resta ainsi largement marginalisée pendant plusieurs décennies, considérée comme une spéculation séduisante mais non prouvée.

Entre les deux guerres mondiales, la géologie continua de progresser dans ses domaines traditionnels. La sédimentologie se développa, avec une meilleure compréhension des processus de formation des roches sédimentaires et des environnements de dépôt. La pétrologie et la minéralogie bénéficièrent des avancées en physique et en chimie, notamment avec l'utilisation de la microscopie polarisante et des techniques de diffraction des rayons X pour l'identification des minéraux et l'étude des roches magmatiques et métamorphiques. La paléontologie poursuivit ses découvertes, enrichissant le registre fossile et précisant les étapes de l'évolution biologique. L'exploitation pétrolière devint un moteur important de la recherche géologique, stimulant l'étude des bassins sédimentaires et des pièges pétroliers. La géophysique, en particulier la sismologie, permit d'affiner la connaissance de la structure interne de la Terre, révélant le noyau, le manteau et la croûte.

Après la Seconde Guerre mondiale, un essor technologique sans précédent ouvrit de nouvelles perspectives à la géologie. Le développement du sonar et du magnétomètre, initialement à des fins militaires, permit d'explorer systématiquement les fonds océaniques, jusqu'alors largement inconnus. Les campagnes océanographiques révélèrent l'existence de longues chaînes de montagnes sous-marines, les dorsales médio-océaniques, et de profondes fosses océaniques. L'étude du paléomagnétisme, c'est-à-dire l'aimantation rémanente des roches, connut un essor spectaculaire. Les mesures de l'aimantation des roches volcaniques prélevées de part et d'autre des dorsales océaniques révélèrent un motif symétrique de bandes d'anomalies magnétiques, interprété comme l'enregistrement des inversions du champ magnétique terrestre au cours du temps. Ces observations, combinées à la découverte d'un flux de chaleur élevé le long des dorsales, suggérèrent que de la nouvelle croûte océanique se formait au niveau des dorsales et s'éloignait progressivement, un processus appelé expansion des fonds océaniques.

Dans les années 1960, les différentes pièces du puzzle commencèrent à s'assembler. Les travaux de Harry Hess sur l'expansion des fonds océaniques, ceux de Drummond Matthews et Vine sur les anomalies magnétiques, et ceux de Tuzo Wilson sur les failles transformantes fournirent un cadre cohérent pour comprendre la dynamique terrestre. La dérive des continents, longtemps rejetée, trouva enfin un mécanisme crédible : la convection du manteau terrestre, proposée dès les années 1930 par Arthur Holmes, et l'expansion des fonds océaniques. 

Dans les années 1960, les preuves s'accumulent rapidement en faveur de la dérive des continents et de l'expansion des fonds océaniques. Le paléomagnétisme, l'étude du magnétisme rémanent des roches, joue un rôle crucial. Les travaux de scientifiques comme Vine, Matthews et Morley, entre autres, montrent que les anomalies magnétiques parallèles aux dorsales océaniques sont symétriques et enregistrent les inversions du champ magnétique terrestre. Ceci fournit une preuve convaincante de l'expansion des fonds océaniques et du mouvement des plaques lithosphériques. Parallèlement, la cartographie des fonds océaniques, rendue possible par le développement de nouvelles technologies comme le sonar, révèle un réseau mondial de dorsales océaniques et de fosses océaniques, des éléments clés dans le modèle de la tectonique des plaques. Les travaux de Harry Hess et Robert Dietz contribuent également de manière significative à l'élaboration de ce concept.

Le milieu des années 1960 voit la formalisation de la tectonique des plaques comme paradigme unificateur. En 1963, Frederick Vine et Drummond Matthews démontrent, à partir de l'étude du magnétisme fossile des roches, que les bandes alternées d'anomalies magnétiques de part et d'autre des dorsales océaniques correspondent à des inversions du champ magnétique terrestre. Cette découverte confirme l'hypothèse de Harry Hess sur l'expansion des fonds océaniques : les dorsales créent de la croûte nouvelle qui s'écarte en s'enregistrant comme une bande magnétique. Vine et Matthews donnent ainsi une preuve irréfutable de la production continue de lithosphère océanique. Dans le même temps, le géophysicien Tuzo Wilson introduit en 1965 la notion de failles transformantes, ces fractures horizontales qui accommodent les mouvements différentiels entre plaques. Son idée complète le tableau en expliquant des structures jusque-là énigmatiques, comme les décalages observés le long des dorsales. En 1967, Jason Morgan propose un cadre théorique essentiel : il formalise la notion de plaques rigides en rotation autour de pôles eulériens, ce qui permet de décrire leurs déplacements à l'échelle du globe par de simples lois de cinématique. C'est une avancée mathématique majeure qui donne pour la première fois un langage rigoureux aux intuitions de la tectonique globale. Xavier Le Pichon intervient à ce moment charnière. En 1968, il intègre ces découvertes - l'expansion océanique de Hess, le magnétisme fossile de Vine et Matthews, les failles transformantes de Wilson, et la cinématique de Morgan - dans une vision d'ensemble. Là où les autres apportent chacun une pièce clé du puzzle, lui assemble l'image complète. Son modèle divise la surface terrestre en six grandes plaques principales et en montre les mouvements relatifs. Cette carte planétaire est la première représentation globale et cohérente du système de plaques. 

La Terre est désormais comprise comme étant divisée en plaques rigides qui se déplacent sur une asthénosphère plus ductile. Les interactions aux limites de ces plaques expliquent la majorité des phénomènes géologiques : séismes, volcanisme, formation des montagnes, distribution des roches et des minéraux. Cette révolution conceptuelle a un impact immense sur toutes les branches de la géologie. La géologie structurale et la tectonique sont profondément transformées. La compréhension des mécanismes de déformation des roches est affinée dans le cadre de la tectonique des plaques. L'orogenèse, la formation des montagnes, est réinterprétée comme le résultat de collisions continentales et de subductions. Les ceintures de montagnes sont vues comme des zones de convergence de plaques, où les roches sont plissées, faillées et métamorphisées. La sédimentologie bénéficie également de cette nouvelle perspective. La formation des bassins sédimentaires est replacée dans un contexte tectonique. Les types de bassins (rift, marge continentale, bassin d'avant-arc, etc.) sont liés aux différents types de limites de plaques et à l'histoire tectonique régionale. La stratigraphie, l'étude des couches de roches sédimentaires, intègre la tectonique des plaques pour mieux comprendre les variations du niveau marin, les cycles sédimentaires et les événements globaux. Le concept de stratigraphie séquentielle se développe, permettant une meilleure interprétation des environnements sédimentaires et des variations relatives du niveau marin.

La pétrologie et la géochimie connaissent également des avancées significatives. La tectonique des plaques fournit un cadre pour comprendre l'origine et l'évolution des roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires. Les processus de fusion partielle du manteau terrestre, de cristallisation fractionnée et de métamorphisme sont mieux compris dans les différents contextes tectoniques (dorsales, zones de subduction, points chauds). La géochimie isotopique se développe considérablement, offrant des outils puissants pour dater les roches, tracer l'origine des magmas et étudier les processus géochimiques à l'échelle du globe. Les études sur les isotopes radiogéniques (U-Pb, Rb-Sr, Sm-Nd, Ar-Ar) permettent d'établir des chronologies précises et de reconstruire l'histoire thermique et magmatique de la Terre. La géochimie des éléments traces et des isotopes stables devient essentielle pour comprendre les cycles biogéochimiques et les interactions entre la géosphère, l'atmosphère et l'hydrosphère.

La paléontologie est également influencée par la tectonique des plaques. La dérive des continents et l'ouverture et la fermeture des océans expliquent la distribution géographique des fossiles et l'évolution de la biosphère. La biogéographie, l'étude de la distribution géographique des espèces, est repensée dans un contexte de tectonique des plaques. La découverte de l'impact de Chicxulub à la fin du Crétacé et son lien avec l'extinction massive Crétacé-Paléogène (K-Pg) renforce l'importance des événements catastrophiques dans l'histoire de la vie. La paléoclimatologie, l'étude des climats passés, se développe grâce à l'analyse des sédiments océaniques et continentaux, et permet de mieux comprendre les variations climatiques à long terme et leur influence sur la géosphère et la biosphère.

La géophysique continue de progresser. Le développement de la sismique réflexion et réfraction permet d'explorer en profondeur la structure de la croûte terrestre et du manteau supérieur. La tomographie sismique, utilisant les ondes sismiques pour imager l'intérieur de la Terre, révèle des structures hétérogènes dans le manteau, comme les panaches mantelliques et les zones de subduction. L'étude du champ magnétique terrestre continue d'apporter des informations sur le noyau terrestre et les processus de géodynamo. La gravimétrie et la géodésie permettent de mesurer avec précision le champ de gravité terrestre et les déformations de la surface terrestre, fournissant des informations sur la structure interne de la Terre et les mouvements tectoniques actuels.

L'exploration spatiale a un impact croissant sur la géologie. L'étude des planètes et des satellites du système solaire à travers les missions spatiales (expéditions Apollo sur la Lune, sondes vers Vénus, Mars, Jupiter, etc.) ouvre un nouveau champ de recherche : la planétologie ( = géologie extraterrestre). La géologie comparée des corps planétaires permet de mieux comprendre les processus géologiques fondamentaux et l'évolution des planètes telluriques. L'étude des météorites apporte des informations précieuses sur la composition du système solaire primitif et les processus de formation planétaire.

Les préoccupations environnementales émergent aussi avec force durant cette période. La géologie environnementale se développe comme une discipline à part entière, se concentrant sur les interactions entre l'humain et son environnement géologique. L'étude des risques naturels (séismes, volcans, glissements de terrain, inondations) devient cruciale pour la sécurité des populations. La gestion des ressources naturelles (eau, minéraux, énergie) devient un enjeu majeur. La pollution des sols, des eaux souterraines et de l'atmosphère par les activités humaines est de plus en plus étudiée par les géologues. L'hydrogéologie, l'étude des eaux souterraines, prend une importance croissante pour la gestion des ressources en eau potable et l'évaluation des risques de pollution.

A partir des années 1960, le développement de l'informatique permet le traitement de grandes quantités de données et la modélisation numérique des processus géologiques. La télédétection, grâce aux satellites d'observation de la Terre (Landsat, SPOT, etc.), devient un outil essentiel pour la cartographie géologique, la surveillance de l'environnement et la prospection minière. Le forage en mer profonde (Deep Sea Drilling Project, Ocean Drilling Program) révolutionne notre connaissance des fonds océaniques, confirmant l'expansion des fonds océaniques, étudiant l'histoire des océans et les variations climatiques passées. Les techniques d'analyse géochimique se perfectionnent (spectrométrie de masse, microsonde électronique, etc.), permettant des analyses plus précises et plus rapides.