📌 L'essentiel
- La Terre possède une structure interne composée de la croûte, du manteau, du noyau externe liquide et du noyau interne solide.
- Les séismes libèrent de l’énergie qui se propage sous forme d’ondes sismiques, dont deux principaux types : ondes de volume (P et S) et ondes de surface.
- La discontinuité de Mohorovicic (Moho) sépare la croûte du manteau et se manifeste par une augmentation de la vitesse des ondes.
- La discontinuité de Gutenberg marque la frontière entre le manteau et le noyau, avec une absence des ondes S dans le noyau externe.
- Les ondes P peuvent traverser des fluides, contrairement aux ondes S, qui ne se propagent que dans les solides.
- La détection de zones d’ombre sismiques permet d’identifier d’internalités comme la liquéfaction du noyau externe.
- La variation de vitesse des ondes sismiques révèle la composition et l’état des couches internes de la Terre.
📖 Concepts clés
Séisme : Libération brutale d’énergie lors de la rupture de roches sous contraintes, provoquant des vibrations dans le sol.
Ondes sismiques : Vibrations émises lors d’un séisme, qui se propagent à travers la Terre.
Ondes de volume : Ondes P (primaire) et S (secondaire) qui se déplacent à l’intérieur du globe.
Ondes de surface : Ondes qui se propagent dans les couches superficielles, responsables des dégâts lors des séismes.
Discontinuité sismique : Limite entre deux milieux aux propriétés différentes, engendrant réfraction et réflexion des ondes sismiques.
Moho (discontinuité de Mohorovicic) : Limite entre la croûte terrestre et le manteau supérieur.
Discontinuité de Gutenberg : Limite entre le manteau et le noyau, caractérisée par une absence d’ondes S.
Zone d’ombre sismique : Région où certaines ondes ne sont pas détectées, indiquant des discontinuités internes.
📐 Formules et lois
Vitesse des ondes P : $$ v_P = \sqrt{\frac{K + \frac{4}{3} \mu}{\rho}} $$
- où $K$ est le module de bulk, $\mu$ le module de rigidité, $\rho$ la masse volumique.
- La vitesse augmente à la discontinuité de Mohorovicic, indiquant un changement de composition.
Vitesse des ondes S : $$ v_S = \sqrt{\frac{\mu}{\rho}} $$
- Présente uniquement dans les milieux solides, ne se propage pas dans les fluides.
Principe général : La vitesse des ondes sismiques dépend des propriétés physiques du milieu traversé.
🔍 Méthodes
- Enregistrement des sismogrammes lors de séismes pour analyser la propagation des ondes.
- Repérage des ondes directes, réfléchies, réfractées à partir des sismogrammes.
- Mesure des temps d’arrivée des ondes pour déterminer leur vitesse et localisation des discontinuités.
- Cartographie des zones d’ombre pour localiser interfaces internes.
- Interprétation des variations de vitesse pour déduire la composition et l’état des couches.
💡 Exemples
- La disparition des ondes S au-delà de 11500 km du foyer sismique indique que le noyau externe est liquide.
- La variation de la vitesse des ondes P à la frontière du Moho témoigne de la transition entre la croûte et le manteau.
- La non-détection des ondes S après 14500 km signale que la couche interne du noyau est liquide, empêchant leur passage.
⚠️ Pièges
- Confondre zones d’ombre causées par réfraction ou réflexion.
- Mal interpréter la différence de vitesse des ondes comme seule indication de composition.
- Omettre la variabilité de l’épaisseur ou de la profondeur du Moho selon les régions.
- Confondre noyau externe liquide et noyau interne solide.
📊 Synthèse comparative
| Ondes P | Ondes S |
|---|
| Nature | Compression et traction | Coulissement, transversales |
| Propagation | Partout : solides, liquides, gaz | Seuls dans solides |
| Zone d’ombre | Après 11500 km au Noyau externe | Après 10500 km (noyau externe liquide) |
| Signification | Indique discontinuités, composition | Indique phase solide ou liquide |
✅ Checklist examen
- Maîtriser la structure interne de la Terre et ses discontinuités.
- Connaître le comportement des ondes sismiques (P et S) selon les milieux.
- Exploiter les sismogrammes pour localiser les discontinuités.
- Savoir interpréter les zones d’ombre sismiques.
- Relier variation de vitesse des ondes à la composition des couches internes.
Synthèse rapide
- Les séismes libèrent une énergie qui se propage dans la Terre sous forme d’ondes sismiques.
- Deux types d’ondes : volume (P, S) et surface (elles causent des dégâts).
- La discontinuité de Mohorovicic (Moho) sépare la croûte du manteau, avec une augmentation de la vitesse des ondes.
- La discontinuité de Gutenberg marque la frontière entre le manteau et le noyau.
- Les ondes P traversent les fluides, S ne se propagent que dans les solides.
- Zones d’ombre sismiques révèlent la présence de discontinuités comme la liquéfaction du noyau.
- La structure interne comprend la croûte, le manteau, le noyau externe liquide et le noyau interne solide.