LA STRUCTURE DU GLOBE TERRESTRE

Légende alternative :

grenue; composé d'olivine, pyroxènes et de plagioclase) basalte (texture microlitique ; composé d'olivine, pyroxènes, de verre et de microlites) 2.9 7 km II - Apport sismologiques et thermiques à la connaissance du globe terrestre A - De la surface à la Lithosphère : l'apport des séismes 1- Les ondes sismiques Quels phénomènes sont à l'origine d'un séisme ? Suite à des contraintes accumulées (force liée à la tectonique) de convergence ou divergence : rupture de roche en profondeur = foyer Libération d'énergie entrainant en surface un séisme Propagation de l'énergie sous forme d'ondes sismiques dans toutes les directions Propagation la plus directe rapide (+ de dégâts): épicentre (point situé à la verticale du foyer) Il existe trois grands types d'ondes sismique (énergie libérée) : → Les ondes P, pour ondes « primaires » qui sont des ondes de volumes responsables de mvmt de compression/dilatation (se propagent à l'intérieur du globe) → Les ondes S, pour « secondaires » qui sont des ondes de volume responsables de mvmt d'oscillation (se propagent à l'intérieur du globe, sauf dans les liquides → noyau) → Les ondes R (ondes de Rayleigh) et L (onde de Love) qui sont des on des surface responsables de mvmt de torsion (se propagent à la surface) Lors de l'enregistrement d'un séisme les premières ondes à être enregistrées sont les ondes P puis les ondes S et enfin les ondes de surface. En profondeur lorsque les ondes sismiques traversent 2 milieux aux propriétés différentes, la vitesse des ondes sont modifiées. La propagation des ondes de volume en profondeur obéit aux lois de Snell- Descartes. C₁ C₂ I I I 1 i 2- La propagation des ondes sismiques et la structure superficielle du globe a. Les premières couches du globe Plus la masse volumique (ou la densité) de la roche est élevée, plus la vitesse de propagation des ondes sismiques est grande. b. Le moho: une discontinuité peu profonde discontinuité : une limite en profondeur séparant 2 milieux aux caractéristiques physiques et ou chimiques différentes. André Mohorovicic a mit en évidence la difference entre la croute et le manteau, on a donc appelé cette discontinuité: le moho. Le manteau est formé de péridotite: 3 - Fin du contraste : présence du manteau sous les croûtes océanique et continentale. Les études des ondes sismiques de volume P et S démontrent que : → plus le milieu traversé est dense, plus la vitesse des ondes est rapide → plus il est ductile, moins elles sont rapides. → plus la température augmente, moins elles sont rapides. → un changement de ces vitesses indique un changement de la nature et/ou des comportements physiques des roches : ce sont des discontinuités. roche magmatique plutonique : roche grenue constituée de pyroxène et l'olivine. densité : 3.2 g.cm³ B- Modéliser la propagation des ondes sismiques sur les structures profondes du globe Le Modèle PREM est un modèle de l'évolution de la vitesse des ondes sismiques au sein du globe terrestre. Cette étude met en évidence : ● ● La lithosphère qui a une épaisseur de 100 km ou 120 km comprenant : → soit lithosphère continentale formée de 30 km de croûte continentale de granite + 90 km de manteau lithosphérique de péridotite Cette lithosphère a un comportement rigide: cad qu'elle se déforme de façon irréversible en cassant : d'où la présence des séismes → soit lithosphère océanique formée de 10 km de croûte océanique de basalte et gabbro + 90 km de manteau lithosphérique de péridotite L'asthénosphère (plus en profondeur) est constituée de péridotite mais qui a un comportement ductile, c'est-à-dire qu'elle se déforme de façon irréversible mais sans casser : Limite supérieure : LVZ: Low Velocity Zone (zone de faible vélocité) + ductile "moue" Le manteau inférieur (entre 700 et 2900 km) Composé de péridotite plus dense Comportement rigide Le noyau (au-delà de 2900 km) La partie externe : pas d'onde S: comportement liquide Partie interne : Présence des ondes P et S: comportement rigide. C- Bilan Schématiser les couches concentriques du globe solide Discontinuité de Gutemberg solide liquide Discontinuité de Lehman Lithosphère Ast énosphère solide Manteau inférieur Noyau externe 1 Manteau supérieur Vitesse des ondes sismiques (km.s^¹) Vs Vp Noyau interne (graine) Manteau 83% Manteau 16% D- Changement de température du globe terrestre 0 150 440 <<-670 1000 2000 3000 4000 0 24 6 8 10 12 14 5000- 6000- km vitesse des ondes S vitesse des ondes P 2 4 6 8 10 12 14 Comment évolue la température à l'intérieur de la Terre ? Quels sont modes de transfert de chaleur? La température interne de la Terre croît avec la profondeur géotherme, mais pas de façon constante : gradient (taux d'augmentation du géotherme) géothermique varie. Ainsi l'évolution de la température interne présente des différences suivant les enveloppes internes de la Terre, ces différences, ces variations du gradient géothermique sont liées aux modes de transfert thermique au sein des différentes enveloppes. Soit le transfert d'énergie s'effectue par : → conduction : transfert de chaleur sans transport de matière : dans les milieux solides → convection: transfert de chaleur avec transport de matière : dans les milieux liquides ou ductiles Le manteau terrestre est animé de mouvements de convection, mécanisme efficace de transfert thermique. La propagation des ondes sismiques dans la Terre révèle des anomalies de vitesse par rapport au modèle PREM. Elles sont interprétées comme des hétérogénéités thermiques au sein du manteau qui peuvent être lié aux cellules de convection.