Fiche de révision : Intérieur et exploration de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Forme terrestre et géoïde
2. Pesanteur et équilibre isostatique
3. Densité et déformation des roches
4. Lithosphère et asthénosphère
5. Ondes sismiques et réfraction
6. Discontinuités et structure terrestre
7. Transfert thermique interne

📖 1. Forme terrestre et géoïde

🔑 Notions clés & Définitions

• Ellipsoïde de révolution : Une forme proche de celle de la Terre, légèrement aplatie aux pôles sous l’effet de la force centrifuge due à sa rotation.
• Géoïde : Une surface équipotentielle horizontale, toujours perpendiculaire à la pesanteur, correspondant au niveau moyen des mers.

📝 Points essentiels

• Un point du globe est repéré par sa latitude et sa longitude, et 1 degré de latitude correspond à environ 111 km.

• L’axe de rotation de la Terre est incliné par rapport à la perpendiculaire au plan de l’écliptique, et cette inclinaison correspond à la latitude des tropiques.

• Le géoïde est presque un ellipsoïde, à environ 100 mètres près.

• Le géoïde présente une bosse de quelques mètres au niveau des chaînes de montagne.

📖 2. Pesanteur et équilibre isostatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Isostasie : Le principe selon lequel la pression est partout la même au niveau de la surface de compensation, ce qui implique que la Terre se comporte comme un fluide sous la lithosphère.

★ À maîtriser

• La valeur de la pesanteur dépend de la latitude, de l’altitude, de la forme du relief voisin et de la densité des roches du sous-sol.

• L’anomalie de Bouguer permet d’estimer la densité des roches du sous-sol.

• Le relief des montagnes est compensé par une racine de roches légères.

Compléments

• Sous les chaînes de montagne, l’anomalie de Bouguer est négative, ce qui indique une densité des roches anormalement faible et des roches en moyenne moins denses.

📖 3. Densité et déformation des roches

🔑 Notions clés & Définitions

• Densité : Le rapport entre sa masse volumique et celle de l’eau, qui vaut 1000 kg/m³.
• Masse volumique : S’exprime en kg/m³.

★ À maîtriser

• La densité des roches de la croûte continentale est voisine de 2,8, celle des roches de la croûte océanique de 2,9 et celle des roches du manteau de 3,3.

Compléments

📌 Les roches peuvent se déformer de façon fragile lorsqu’elles sont froides, de façon ductile lorsqu’elles sont plus chaudes, et elles sont également élastiques.

📖 4. Lithosphère et asthénosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère : L’enveloppe rigide qui entoure la Terre, d’une épaisseur moyenne de 100 km, comprenant la croûte et une petite partie du manteau.
• Asthénosphère : Se situe sous la lithosphère, possède une viscosité importante et se déforme comme un liquide aux échelles de temps géologiques.

📝 Points essentiels

• La viscosité d’une roche ductile s’exprime en Pa.s.

💡 Astuce mémo

Lithosphère rigide au-dessus, asthénosphère déformable au-dessous.

📖 5. Ondes sismiques et réfraction

★ À maîtriser

• À la suite d’un choc, les types d’ondes qui se propagent dans un solide sont :

  • les ondes P
  • les ondes S
  • les ondes L de surface

• La vitesse des ondes P est de 330 m/s dans l’air, de 1500 m/s dans l’eau et de plusieurs kilomètres par seconde dans les roches.

• Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides.

📐 Formule - La réflexion et la réfraction des ondes sismiques obéissent aux lois de Descartes : $i = r$ et $\frac{V_1}{\sin(i_1)} = \frac{V_2}{\sin(i_2)}$.

Compléments

• L’angle d’incidence augmente avec la vitesse ; dans des couches horizontales, les ondes s’horizontalisent dans les couches rapides et se verticalisent dans les couches lentes.

• Une onde conique réfractée apparaît lorsque la vitesse de la couche profonde est supérieure à celle des couches superficielles.

📖 6. Discontinuités et structure terrestre

★ À maîtriser

• Mohorovicic a mis en évidence la discontinuité du Moho, interface entre la croûte et le manteau, à l’aide d’une onde conique réfractée.

• La profondeur du Moho, correspondant à l’épaisseur de la croûte, est en moyenne de 30 km sous les continents et de 7 km sous les océans.

• La zone d’ombre indique la présence du noyau au cœur de la Terre, à environ 2900 km sous la surface.

📌 Le noyau externe est liquide, tandis que le noyau interne, appelé graine, est solide.

Compléments

• L’épaisseur de la croûte sous les montagnes dépasse la moyenne continentale de 30 km.

📖 7. Transfert thermique interne

★ À maîtriser

• La chaleur se transmet :

  • par conduction
  • par convection
  • par rayonnement

• La chaleur se transmet par conduction dans la lithosphère et par convection dans l’asthénosphère.

• Le gradient de température dans l’asthénosphère est beaucoup plus faible, à 0,5 °C/km, car la convection transfère la chaleur plus efficacement que la conduction.

• La couche D’’ est la base du manteau chauffée par le noyau et elle est à l’origine des volcans de points chauds.

Compléments

• Le gradient de température à la surface de la Terre est souvent proche de 30 °C/km.

• La limite entre le noyau et le manteau constitue une couche limite que la chaleur franchit difficilement.