Fiche de révision : Intérieur de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Explorer l’intérieur terrestre
2. Gravimétrie et différenciation terrestre
3. Température et gradient géothermique
4. Propagation des ondes sismiques
5. Ondes et structure du noyau
6. Modèle sismologique PREM
7. Tomographie et convection mantellique

📖 1. Explorer l’intérieur terrestre

📝 Points essentiels

• L’intérieur de la Terre est inaccessible à l’observation directe et son étude repose sur des méthodes géophysiques qui l’imagent indirectement.

📖 2. Gravimétrie et différenciation terrestre

📝 Points essentiels

📌 La composition des enveloppes terrestres diffère : le noyau est riche en fer et en nickel, tandis que les enveloppes silicatées contiennent notamment du fer, du magnésium, de l’aluminium, du sodium, du calcium et du potassium.

📌 La densité moyenne des roches de surface est de 2,8, celle des roches mantelliques est de 3,3, et la densité terrestre moyenne de 5,51 indique la présence de matériel plus dense en profondeur.

📐 Formule - Le moment cinétique vérifie $L = J\omega$, où $J$ est le moment d’inertie et $\omega$ la vitesse de rotation.

💡 Astuce mémo

Masse concentrée au centre → moment d’inertie réduit.

📖 3. Température et gradient géothermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient géothermique : Augmentation de la température avec la profondeur.

📝 Points essentiels

📐 Formule - La loi de Fourier relie le flux de chaleur au gradient thermique selon $q = -k\,\frac{dT}{dz}$, où $k$ est la conductivité thermique.

• Les sources de chaleur terrestre citées sont : la chaleur originelle, l’énergie nucléaire, principalement issue de la désintégration de l’uranium et du potassium, l’énergie de différenciation gravitaire, aujourd’hui épuisée

• La chaleur se dissipe selon trois modes :

  • le rayonnement, négligeable pour la géodynamique interne
  • la conduction, privilégiée dans les solides
  • la convection, privilégiée dans les fluides et les solides déformables

• Le manteau est solide, car le solidus du manteau se situe au-dessus du gradient géothermique, même si la température approche la fusion à la base de la lithosphère.

📖 4. Propagation des ondes sismiques

📝 Points essentiels

📐 Formule - Les vitesses des ondes de volume vérifient $V_P = \sqrt{\frac{a}{\rho}}$ et $V_S = \sqrt{\frac{\mu}{\rho}}$, où $a$ est le module d’allongement, $\mu$ le module de cisaillement et $\rho$ la densité.

📌 Les ondes P sont des ondes premières, plus rapides que les ondes S, qui sont des ondes secondes.

• Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides ni dans les gaz, car leur module de cisaillement est nul et leur vitesse de cisaillement est donc nulle.

💡 Astuce mémo

P traverse solides et liquides ; S exige un milieu solide.

📖 5. Ondes et structure du noyau

📝 Points essentiels

• La zone d’ombre des ondes S a permis d’établir que le noyau terrestre commence à 2 885 km de profondeur et qu’il est liquide.

• La discontinuité de Lehmann révèle une graine solide située à environ 5 200 km de profondeur.

📖 6. Modèle sismologique PREM

📝 Points essentiels

• Le modèle PREM, pour Preliminary Reference Earth Model, a été proposé par Dziewonski et Anderson en 1981.

• Le modèle PREM distingue les enveloppes suivantes :

  • la croûte
  • le manteau supérieur
  • le manteau inférieur
  • le noyau externe
  • la graine, ou noyau interne

📖 7. Tomographie et convection mantellique

📝 Points essentiels

• Les écarts entre temps d’arrivée réels et prévus par PREM montrent que les trajets des ondes sont perturbés par des variations de vitesse que ce modèle ne représente pas.

• La tomographie compare les temps d’arrivée observés aux trajets calculés avec PREM, repère des zones où les ondes sont en avance ou en retard, puis répète les calculs avec un modèle de vitesse corrigé jusqu’à obtenir un modèle stable.

• Une plaque froide en subduction apparaît comme une zone rapide le long du plan de Benioff, car elle est plus dense et les ondes sismiques y sont plus rapides.

• Le cours propose un modèle où les subductions entraînent la convection à grande échelle comme des avalanches froides, tandis que le matériel chaud remonte autour de deux grandes zones et que les dorsales jouent un rôle secondaire.