La sismologie : clé pour comprendre la structure interne de la Terre

L'étude des ondes sismiques, notamment les ondes P et S, nous permet de comprendre la structure interne du globe terrestre. La vitesse de propagation de ces ondes varie en fonction des caractéristiques de chaque couche du globe.

Exemple: Les ondes se déplacent plus rapidement dans des milieux froids et denses comme la lithosphère, et sont ralenties dans des milieux plus chauds et ductiles comme l'asthénosphère.

La propagation des ondes de volume en profondeur obéit aux lois de Snell-Descartes. Elles sont réfractées ou réfléchies à la rencontre d'une discontinuité, comme le Moho (limite croûte/manteau).

Vocabulary: Le Moho se situe à environ 30 km de profondeur pour la croûte continentale et à environ 10 km pour la croûte océanique.

Définition: La péridotite, une roche du manteau composée d'olivine et de pyroxènes, a une densité d'environ 3,3, supérieure à celle des roches de la croûte terrestre.

Highlight: Le plan de Wadati-Benioff est une surface inclinée sous la croûte terrestre, entre 100 et 700 km de profondeur, où se produisent des séismes associés à la subduction des plaques tectoniques.

Le modèle PREM et la structure interne du globe terrestre

Le modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model) est le modèle sismique de référence pour la Terre. Il offre une représentation détaillée de la structure interne du globe terrestre.

Highlight: Le schéma bilan de la structure interne du globe terrestre montre les différentes couches :

1. Croûte (continentale et océanique)
2. Manteau (supérieur et inférieur)
3. Noyau (externe et interne)

Définition: La lithosphère, rigide, s'étend jusqu'à environ 100 km de profondeur. Définition: L'asthénosphère, moins rigide et ductile, s'étend de 100 à 700 km de profondeur.

Vocabulary:

• Discontinuité de Mohorovicic : limite entre la croûte et le manteau
• Discontinuité de Gutenberg : limite entre le manteau et le noyau externe
• Discontinuité de Lehman : limite entre le noyau externe et le noyau interne

Highlight: Le noyau est composé à 80% de fer et 20% de nickel.

L'apport des études thermiques à la compréhension de la structure terrestre

Les études thermiques révèlent deux modalités principales de dissipation de la chaleur dans la Terre :

1. La conduction : transfert de chaleur de proche en proche, sans déplacement de matière. C'est un mode de transfert peu efficace.

2. La convection : les matériaux chauffés remontent (car moins denses), se refroidissent et redescendent (car plus denses), créant un mouvement de convection. C'est le mode de transfert de chaleur le plus efficace.

Définition: La courbe géothermique décrit la température en fonction de la profondeur de la Terre.

Vocabulary: Le gradient géothermique désigne le rapport entre la température et la profondeur (T/P).

Highlight:

• Dans la lithosphère, la chaleur s'évacue par conduction (roches rigides) : le transfert est peu efficace et le gradient géothermique élevé $30°C/km$.
• Dans l'asthénosphère et le manteau inférieur, le transfert de chaleur se fait par convection (roches ductiles) : ce transfert est très efficace et le gradient géothermique faible $<0,5°C/km$.

Définition:

• Anomalie négative : diminution de la vitesse des ondes (milieu chaud et ductile)
• Anomalie positive : augmentation de la vitesse des ondes (milieu froid et dense)

Highlight: L'hétérogénéité des structures thermiques, révélée grâce à la tomographie sismique, est à l'origine de la tectonique des plaques.

Contrastes entre les continents et les océans

La surface de la Terre présente une distribution bimodale des altitudes, avec des pics à -4 800 m et +300 m. Cette différence s'explique par la composition des roches constituant les croûtes océanique et continentale.

Définition: La croûte océanique est composée principalement de basaltes et de gabbros, plus denses que les roches de la croûte continentale.

Définition: La croûte continentale est majoritairement constituée de granites, moins denses que les roches océaniques.

Un tableau comparatif détaille les caractéristiques des roches principales de chaque croûte :

• Gabbro (croûte océanique) : texture grenue, densité 3,2, minéraux principaux pyroxènes et olivine
• Basalte (croûte océanique) : texture microlitique, densité 2,9, minéraux principaux pyroxènes et olivine
• Granite (croûte continentale) : texture grenue, densité 2,7, minéraux principaux quartz et mica

Highlight: La croûte océanique est composée de sédiments en surface, suivis de basaltes et de gabbros en profondeur.