Structure et Contrastes de la Terre

Structure du Globe Terrestre

• La Terre est la troisième planète rocheuse du système solaire
• C'est la plus grande planète tellurique, avec un diamètre de 12800 km
• La Terre a une activité externe et interne intense (tectonique des plaques)

Contrastes entre Continents et Océans

• Alfred Wegener a identifié deux types d'ensembles terrestres au début du XXe siècle.
• Le domaine continental a une altitude moyenne d'environ 300 m, variant de 30 m à +8800 m.
• Le domaine océanique a une altitude moyenne de -4000 m, variant de 0 à -11000 m (fosse des Mariannes).
• Ces différences d'altitudes sont causées par les différences de densité des roches

Roches des Domaines Océanique et Continental

• La distribution bimodale des altitudes reflète un contraste géologique
• Le fond des océans est recouvert d'une couche de sédiments relativement fine (0 à 2000 m d'épaisseur).
• La croûte océanique est constituée de basalte et de gabbro, deux roches magmatiques issues de la solidification d'un magma.
• Basalte et gabbro partagent une composition chimique et minéralogique similaire

Texture du Basalte et du Gabbro

• Le gabbro est entièrement constitué de cristaux de grande taille (texture grenue).
• Le basalte présente peu ou pas de grands cristaux, mais une grande quantité de très petits cristaux (microlites).
• La texture du basalte est qualifiée de microlitique.

Diversité des Roches Continentales

• La surface des continents présente une grande diversité : roches sédimentaires, magmatiques et métamorphiques
• Le granite est la roche la plus représentative de la croûte continentale, de texture grenue
• Le granite est constitué d'une association de quartz, de feldspaths et de micas; il a une densité de 2,7.
• La composition chimique du granite diffère de celle du basalte et du gabbro : plus riche en silice et en potassium, moins de fer.
• La distribution bimodale des altitudes reflète un contraste géologique, la nature des roches et leur densité.
• Le granite est la roche la plus représentative des continents.
• Le basalte et le gabbro sont caractéristiques des océans.

Ondes Sismiques

• Les ondes P (primaires) sont des ondes de compression, rapides (6 km/s près de la surface), se propageant par dilatation et compression.
• Les ondes S (secondaires) sont des ondes de cisaillement, plus lentes, ne se propageant pas dans les milieux liquides (4 km/s).
• Les ondes de surface (L et R) sont guidées par la surface, moins rapides, mais avec une amplitude plus forte.

Identification des discontinuités

• Les méthodes sismiques consistent à envoyer des ondes sismiques dans le sol.
• Les ondes sismiques sont réfléchies ou réfractées selon les milieux traversés, révélant les limites entre couches géologiques.
• L'étude de la vitesse de propagation permet de connaître la nature des couches.

Zone d'ombre Sismique

• Il existe une zone où les stations d'enregistrement ne reçoivent aucune onde directe pour chaque séisme.
• La zone d'ombre pour les ondes P, entre 11 500 et 14 500 km du foyer, révèle la discontinuité de Gutenberg (2900 km).

Composition du Manteau et du Noyau

• Le manteau est séparé du noyau, milieu plus dense constitué de fer.
• Les ondes S se propagent dans le manteau solide, mais pas au-delà de 14 500 km, indiquant un noyau externe liquide.

Structure du Globe (Modèle PREM)

• La propagation des ondes sismiques révèle les discontinuités
• La croûte est limitée à sa base par la discontinuité de Mohorovičić (Moho).
• Le manteau est situé entre le Moho et la discontinuité de Gutenberg (2900 km), constitué de péridotites solides
• Le noyau est liquide dans sa partie externe et solide dans sa partie interne, séparé par la discontinuité de Lehman (5100 km).

Lithosphère et Asthénosphère

• Il existe une zone de moindre vitesse des ondes sismiques (LVZ) entre 100 et 400 km de profondeur
• La péridotite est plus molle dans la LVZ, définissant un compartiment ductile.
• Cette observation a permis d'identifier deux enveloppes fonctionnelles.

Composition et Caractéristique des Enveloppes

• La lithosphère (0-100 km) est composée de la croûte et du manteau lithosphérique, solide et cassante
• L'asthénosphère (100-670 km) est composée d'une partie du manteau supérieur, avec la LVZ
• La limite entre elles est une isotherme à 1300°C.

Mouvements et Épaisseur de la Lithosphère

• La lithosphère forme des plaques cassantes "flottant" sur l'asthénosphère ductile (LVZ), permettant leur mobilité
• L'épaisseur de la lithosphère varie (plus importante sous les chaînes de montagnes, plus faible au niveau des dorsales).

Interprétation des Vitesses des Ondes

• L'analyse des variations de vitesse des ondes sismiques montre un ralentissement dans la LVZ.

Domaine Continental et Océanique : Contrastes d'Altitude

• Le domaine continental a une altitude moyenne de 840 m (varie de -50m à +8700 m).
• Le domaine océanique a une altitude moyenne de -3800m (varie de 0 à -11000 m).

Différences de Densité entre les Domaines

• Le granite continental a une densité d'environ 2,7; le basalte et le gabbro océaniques ont une densité de 2,9 à 3.
• La péridotite a une densité de 3,2 à 3,3.
• Ainsi, le domaine océanique est plus dense et s'enfonce davantage dans l'asthénosphère (et la LVZ), expliquant la différence d'altitude.

Bilan sur la Structure Interne

• La croûte (0-30 km) est solide et cassante, composée de granite (continentale) ou de basalte et gabbro (océanique).
• Le manteau supérieur et inférieur sont solides, composés de péridotite, délimité par une zone de transition à l'isotherme 1300°C.
• Le noyau externe est liquide, composé de fer et de nickel.
• Le noyau interne est solide, également composé de fer et de nickel.
• Le domaine océanique est plus dense et s'enfonce plus dans l'asthénosphère (LVZ).

Géotherme, Gradient et Flux Géothermiques

• Le géotherme indique les variations de température en fonction de la profondeur
• Le gradient géothermique définit l'augmentation de température par profondeur.
• Le flux géothermique est l'énergie dissipée par la surface terrestre (environ 87mW/m²).

Modes de Transfert de Chaleur

• Dans la lithosphère rigide, l'énergie thermique est transférée par conduction thermique, un processus peu efficace.
• Au-delà de 1300 °C dans le manteau, la rigidité diminue et les péridotites deviennent ductiles.

Convection Thermique

• Sous la lithosphère, le gradient géothermique est plus faible
• Un transfert d'énergie plus efficace se produit par convection thermique.
• Des cellules de convection transfèrent l'énergie et la chaleur.

Anomalies Identifiées par Tomographie Sismique

• La tomographie sismique identifie des variations de température dans le globe.
• Les anomalies indiquent que les enveloppes terrestres ne sont pas homogènes.

Types d'Anomalies

• Les anomalies de faible température se trouvent dans les zones de subduction
• Les anomalies de haute température se trouvent dans les dorsales et les points chauds
• Les points chauds correspondent à des panaches de matériel chaud provenant du manteau profond.

Bilan des Enveloppes Terrestres et Tectonique des Plaques

• Les enveloppes terrestres évacuent la chaleur par convection et conduction.
• Les mouvements de convection du manteau sont associés aux contextes géodynamiques et à la tectonique des plaques.

Transferts Thermiques et Magmatisme

• Les transferts thermiques par conduction se font au niveau de la lithosphère et de l'interface noyau externe/manteau.
• Les transferts thermiques par convection accompagnent le magmatisme des dorsales et des points chauds, et aussi la plongée en zone de subduction.

Moteur de la Dynamique des Plaques

• La Terre est une machine thermique dont la dissipation de l'énergie interne constitue le moteur de la dynamique des plaques lithosphériques.