Fiche de révision : Structure et dynamique interne de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Constitution et définition des roches
2. Observer et décrire une roche
3. Grandes familles de roches
4. Roches des croûtes et du manteau
5. Contrastes entre océans et continents
6. Ondes sismiques et discontinuités
7. Modèle sismique de la Terre
8. Lithosphère, asthénosphère et géotherme
9. Mesurer la vitesse des ondes
10. Origine de la zone de faible vitesse

📖 1. Constitution et définition des roches

🔑 Notions clés & Définitions

• Roche : Assemblage de minéraux.
• Minéral : Espèce chimique solide non organique constituée d’un assemblage d’atomes formant le plus souvent des cristaux.
• Cristal : Agencement ordonné et répétitif des atomes selon un motif ou une maille élémentaire.

★ À maîtriser

• Les silicates constituent 97 % des roches de la croûte terrestre et leur squelette est le tétraèdre de silicium et d’oxygènes $SiO_4$.

Compléments

• Le calcaire est une roche constituée de carbonate de calcium ou de magnésium, de formule $CaCO_3$ ou $MgCO_3$.

💡 Astuce mémo

Roche → minéral → cristal → maille → atomes

📖 2. Observer et décrire une roche

★ À maîtriser

• 🔄 L’étude d’une roche porte successivement sur:
  1. sa couleur
  2. sa cohérence
  3. sa structure
  4. ses minéraux
  5. ses particularités microscopiques

📌 Une roche cohérente ne s’effrite pas car ses minéraux sont soudés, une roche friable s’effrite facilement et une roche meuble laisse couler ses minéraux entre les doigts.

📌 Une structure grenue correspond à une roche entièrement cristallisée, tandis qu’une structure microlitique associe des phénocristaux, des microlites et du verre.

Compléments

• Les inclusions et les macles sont des particularités visibles au microscope, comme un zircon inclus dans une biotite ou des macles dans les feldspaths.

💡 Astuce mémo

Cohérence, Structure, Minéraux, Inclusions : CSMI

📖 3. Grandes familles de roches

🔑 Notions clés & Définitions

• Roche sédimentaire : Provient du dépôt de sédiments en milieu aqueux, notamment des fragments de roches, des coquilles ou des précipités.
• Roche magmatique : Provient du refroidissement d’un magma et peut être plutonique si le refroidissement est lent en profondeur ou volcanique s’il est rapide en surface.
• Roche métamorphique : Résulte de transformations à l’état solide provoquées par des modifications de pression et/ou de température.

📝 Points essentiels

• Les roches magmatiques sont classées en:
  • roches acides
  • roches intermédiaires
  • roches basiques
  • roches ultrabasiques

💡 Astuce mémo

Sédimentaire = dépôt ; magmatique = refroidissement ; métamorphique = transformation solide

📖 4. Roches des croûtes et du manteau

🔑 Notions clés & Définitions

• Granite : Le granite est une roche magmatique plutonique grenue et holocristalline, composée de quartz, de feldspath plagioclase, de feldspath orthose et surtout de biotite, avec une densité moyenne d’environ 2,7.
• Basalte : Le basalte est une roche magmatique volcanique microlitique de la croûte océanique, composée de phénocristaux de pyroxène, d’olivine et de plagioclase, de microlites et de verre.
• Gabbro : Le gabbro est une roche magmatique plutonique grenue située en profondeur sous le basalte et composée des mêmes minéraux que lui, mais jointifs.
• Péridotite : La péridotite est la roche grenue du manteau, principalement constituée d’olivine et de pyroxène, avec une densité moyenne d’environ 3,2.

💡 Astuce mémo

Granite continental, basalte-gabbro océanique, péridotite mantellique

📖 5. Contrastes entre océans et continents

★ À maîtriser

• La répartition des altitudes terrestres est bimodale : les reliefs océaniques sont majoritairement situés entre -6 000 et -3 000 mètres, tandis que les reliefs continentaux sont majoritairement situés entre 0 et +1 000 mètres.

Compléments

• Les roches continentales appartiennent aux catégories suivantes:
  • roches sédimentaires
  • roches magmatiques
  • roches métamorphiques

📌 Les croûtes continentale et océanique ne correspondent pas exactement aux continents et aux océans géographiques, car une partie de la croûte continentale peut être sous le niveau marin.

💡 Astuce mémo

Océanique : -6 000 à -3 000 m ; continental : 0 à +1 000 m

📖 6. Ondes sismiques et discontinuités

🔑 Notions clés & Définitions

• Séisme : Libération brutale d’énergie lors de la rupture de roches soumises à des contraintes.
• Discontinuité de Gutenberg : La discontinuité de Gutenberg est une rupture située à environ 2 900 km de profondeur entre le manteau et le noyau externe.
• Discontinuité de Lehmann : La discontinuité de Lehmann est une rupture située à environ 5 100 km de profondeur entre le noyau externe liquide et le noyau interne solide.
• Moho : Le Moho est la discontinuité qui sépare la croûte du manteau et qui a été mise en évidence par l’arrivée précoce d’ondes P.

📝 Points essentiels

📌 Les ondes P sont les premières enregistrées et se propagent par compression-dilatation, les ondes S sont les deuxièmes et se propagent par oscillations, tandis que les ondes de surface se propagent seulement à la surface et causent les dégâts principaux.

💡 Astuce mémo

P puis S puis surface ; Moho, Gutenberg, Lehmann

📖 7. Modèle sismique de la Terre

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle PREM : Le modèle PREM, ou Preliminary Reference Earth Model, décrit la structure interne de la Terre à partir du trajet et de la vitesse des ondes sismiques.

★ À maîtriser

• Une zone d’ombre sismique est observée entre 10 400 et 14 200 km, soit environ 104° et 142° de distance angulaire, car les ondes sont réfractées par les changements de milieu. — Gutenberg, 1906

• La réfraction modifie la vitesse et dévie la trajectoire d’une onde sismique lorsqu’elle passe d’un milieu à un autre.

Compléments

• Le forage de Kola atteint 12 262 m, soit seulement 0,2 % du rayon terrestre, ce qui explique le recours aux méthodes sismologiques indirectes.

💡 Astuce mémo

Réfraction et vitesses anormales → discontinuités et modèle PREM

📖 8. Lithosphère, asthénosphère et géotherme

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère : Ensemble rigide et cassant situé au-dessus de la limite thermique de 1 300 °C, comprenant la croûte et la partie rigide du manteau supérieur.
• Asthénosphère : Roches ductiles situées dans la zone de faible vitesse et dans le reste du manteau supérieur jusqu’à environ 700 km de profondeur.

★ À maîtriser

• Les ondes S ne traversent pas la discontinuité de Gutenberg, ce qui montre que le noyau externe est liquide.

Compléments

• La vitesse des ondes sismiques augmente généralement avec la profondeur en raison de l’augmentation de la densité des roches.

💡 Astuce mémo

Lithosphère rigide au-dessus ; asthénosphère ductile dans la LVZ

📖 9. Mesurer la vitesse des ondes

★ À maîtriser

📐 Formule — La vitesse de propagation d’une onde se calcule par $v = \frac{\Delta d}{\Delta t}$.

Compléments

• Pour une distance de $30 \times 10^{-2}$ m parcourue en $4 \times 10^{-4}$ s, la vitesse calculée est de $7{,}5 \times 10^3$ m·s⁻¹, soit 7 500 m·s⁻¹.

📖 10. Origine de la zone de faible vitesse

🔑 Notions clés & Définitions

• Géotherme : Courbe donnant la température des roches en fonction de la profondeur.
• Solidus : Courbe de fusion des péridotites qui sépare le domaine solide du domaine liquide en fonction de la température et de la pression.

★ À maîtriser

• La zone de faible vitesse, ou LVZ, correspond à une diminution des vitesses sismiques sous les continents comme sous les océans à des profondeurs supérieures à 100 km et sur une épaisseur d’environ 200 km.

• Dans la LVZ, la péridotite reste solide sous l’effet de la pression mais devient ductile en raison de la température élevée.

Compléments

• La température augmente moins vite que la profondeur, avec environ 1 000 °C à 150 km, 1 500 °C à 320 km et 2 000 °C à 500 km.

💡 Astuce mémo

Température élevée sous pression → péridotite solide mais ductile

📊 Tableaux de synthèse

Principales roches terrestres