La structure du globe terrestre
Saviez-vous que nous marchons sur une fine croûte qui flotte sur un océan de roche en fusion ? Plongeons au cœur de notre planète !
Introduction
La Terre est une planète active, secouée par des séismes et animée par un volcanisme intense. Pour comprendre ces phénomènes de surface, il faut connaître l'architecture interne de notre planète. Pendant longtemps, cette structure est restée une énigme, jusqu'à ce que les scientifiques développent une méthode d'« échographie » de la Terre : la sismologie.
Comment peut-on connaître la structure interne de la Terre sans jamais y avoir creusé ?
1🔍 La sismologie, un outil pour sonder la Terre
Les séismes génèrent des ondes qui se propagent à travers tout le globe. En étudiant leur vitesse et leur trajectoire, les géophysiciens peuvent déduire les propriétés des matériaux qu'elles traversent. C'est le principe de la tomographie sismique.
Ondes de compression-dilatation, les plus rapides. Elles se propagent dans tous les milieux (solides, liquides).
Ondes de cisaillement, plus lentes. Elles ne se propagent <strong>pas</strong> dans les milieux liquides.
2⚡ Les discontinuités majeures et le modèle PREM
L'interprétation des données sismiques a permis d'établir le modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model), qui décrit la variation de la vitesse des ondes en fonction de la profondeur. Ce modèle met en évidence plusieurs discontinuités.
Une discontinuité sismique correspond à une interface où la vitesse des ondes change brutalement, révélant un changement de composition chimique ou d'état physique (solide/liquide) de la matière.
Représentation schématique de la Terre avec ses enveloppes et les discontinuités qui les séparent.
- 1. Discontinuité de Moho (croûte/manteau)
- 2. Discontinuité de Gutenberg (manteau/noyau externe)
- 3. Discontinuité de Lehmann (noyau externe/noyau interne)
La discontinuité de Mohorovičić (Moho) : Située entre 5 et 70 km de profondeur, elle marque la limite entre la croûte terrestre (moins dense) et le manteau supérieur (plus dense). La vitesse des ondes y augmente fortement.
3🌍 Un modèle à deux critères : composition et rhéologie
On peut décrire la structure interne de la Terre selon deux approches complémentaires : la composition chimique et le comportement mécanique (rhéologie).
Divise la Terre en trois couches de composition distincte : la <strong>croûte</strong> (sialique/ferromagnésienne), le <strong>manteau</strong> (péridotite) et le <strong>noyau</strong> (alliage fer-nickel).
Divise la Terre en couches selon leur comportement mécanique : la <strong>lithosphère</strong> (rigide), l'<strong>asthénosphère</strong> (ductile, partiellement fondue) et la <strong>mésosphère</strong> (manteau inférieur plus rigide).
La lithosphère n'est pas synonyme de croûte ! Elle comprend la croûte et la partie rigide du manteau supérieur. Elle repose sur l'asthénosphère, moins visqueuse, qui permet son déplacement (tectonique des plaques).
4🔥 Caractéristiques des enveloppes profondes
Chaque enveloppe a des propriétés physiques et chimiques uniques, qui conditionnent la dynamique globale de la planète.
Le noyau externe est liquide (les ondes S ne s'y propagent pas). Ses mouvements de convection, associés à la rotation terrestre, sont à l'origine du champ magnétique (géodynamo).
Le manteau inférieur (mésosphère) est solide, mais il peut se déformer très lentement sur des millions d'années (convection mantellique). Sa limite avec le noyau est le siège d'échanges de chaleur intenses.
La température et la pression augmentent considérablement avec la profondeur, modifiant l'état et la densité des roches. La frontière noyau-manteau est une zone de contrastes extrêmes, cruciale pour les transferts d'énergie.
Vocabulaire
Science qui étudie la propagation des ondes sismiques à l'intérieur de la Terre pour en déterminer la structure interne.
Ex: Grâce à la sismologie, on a découvert la discontinuité de Gutenberg.
Surface à l'intérieur de la Terre où les propriétés physiques des matériaux (vitesse des ondes, densité) changent brutalement.
Ex: La discontinuité de Moho sépare la croûte du manteau.
Enveloppe rigide de la Terre, comprenant la croûte et la partie supérieure du manteau. Elle est découpée en plaques tectoniques.
Ex: Les plaques tectoniques sont des fragments de lithosphère.
Couche du manteau supérieur, située sous la lithosphère, partiellement fondue (≈1%) et ductile, permettant le glissement des plaques.
Ex: La lithosphère rigide « flotte » et se déplace sur l'asthénosphère plus ductile.
Technique d'imagerie géophysique utilisant les données de nombreux séismes pour reconstituer en 3D les hétérogénéités du manteau terrestre.
Ex: La tomographie sismique révèle les panaches mantelliques remontant des profondeurs.
Région à la surface de la Terre, entre 103° et 143° de l'épicentre, où les ondes P directes ne sont pas détectées à cause de la réfraction par le noyau liquide.
Ex: L'existence de la zone d'ombre a permis de déduire la présence d'un noyau externe liquide.
Processus générant le champ magnétique terrestre, dû aux mouvements de convection du métal liquide conducteur dans le noyau externe.
Ex: Sans la géodynamo, la Terre n'aurait pas de bouclier magnétique contre le vent solaire.
Roche ultramafique, riche en olivine et pyroxène, qui constitue la majeure partie du manteau terrestre.
Ex: Les lherzolites, trouvées dans certains massifs montagneux, sont des péridotites du manteau supérieur.
