Structure et dynamique interne du globe terrestre

PARTIE B : LA DYNAMIQUE INTERNE DE LA TERRE

Chapitre I : La structure interne du globe terrestre

Problème : Comment connaître la structure interne du globe ?

I. Observer les reliefs de la Terre

L'observation de la surface terrestre révèle deux types de domaines : le domaine océanique et le domaine continental. L'étude de la topographie montre un contraste marqué entre les reliefs de ces deux domaines.

• Les reliefs du domaine océanique sont majoritairement situés entre -6 000 m et -3 000 m.

• Les reliefs du domaine continental sont majoritairement situés entre 0 et +1 000 m.

Cette distribution est appelée répartition bimodale des altitudes, car elle présente deux pics distincts.

II. Observer les roches terrestres

La partie superficielle de la Terre est constituée de deux types de croûtes : la croûte océanique et la croûte continentale. Les roches de surface sont principalement d'origine magmatique.

• La croûte océanique est composée de basalte et de gabbro, ainsi que de roches sédimentaires.

• La croûte continentale est principalement constituée de granite, de roches sédimentaires et de roches métamorphiques.

Ces roches sont formées de différents minéraux, ce qui entraîne des différences de densité. Les roches continentales sont moins denses que les roches océaniques. Cette différence de densité des croûtes explique la diversité des reliefs et la répartition bimodale des altitudes à la surface de la Terre.

III. La structure interne du globe révélée par les ondes sismiques

Les ondes sismiques se propagent à travers la Terre et sont réfléchies ou réfractées lorsqu'elles rencontrent des changements de milieu, appelés discontinuités. L'étude des sismogrammes a permis d'identifier trois enveloppes concentriques principales :

1. La croûte : l'enveloppe la plus superficielle.

2. Le manteau : séparé de la croûte par la discontinuité de Moho.

3. Le noyau : séparé du manteau par la discontinuité de Gutenberg (à 2900 km de profondeur). Le noyau est lui-même divisé en un noyau externe et un noyau interne par la discontinuité de Lehman (à 5100 km de profondeur).

Le modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model) précise la structure interne de la Terre :

• La croûte océanique a une épaisseur moyenne de 10 km, tandis que la croûte continentale a une épaisseur d'environ 30 km.

• Entre 100 et 200 km de profondeur, un ralentissement des ondes sismiques indique la présence de la LVZ (Low Velocity Zone).

• La lithosphère est l'ensemble des roches rigides situées au-dessus de la LVZ (incluant la croûte et une partie du manteau).

• L'asthénosphère est le matériau plus ductile situé sous la lithosphère.

• Les ondes S ne se propagent pas dans le noyau externe, indiquant qu'il est liquide.

IV. Modèle thermique de la Terre

L'évolution de la température interne de la Terre n'est pas linéaire. Le gradient géothermique (variation de température par unité de profondeur, en ) varie considérablement :

• Dans la lithosphère, il est élevé (10 à 30 ).

• Dans le reste du manteau, il est plus faible (0,3 ).

Le mode de transfert de chaleur dépend de l'état physique des matériaux :

• La conduction est le mode de transfert dominant dans la lithosphère rigide.

• La convection, un transfert plus efficace, se produit dans l'asthénosphère et le manteau inférieur, créant des "cellules de convection" à grande échelle. Elle a également lieu dans le noyau externe.

La tomographie sismique mesure les anomalies de vitesse des ondes sismiques par rapport au modèle PREM. Ces anomalies révèlent des hétérogénéités thermiques, physiques et/ou chimiques au sein du manteau, complétant ainsi notre compréhension de la structure interne de la Terre.