Fiche de révision : Reliefs et roches terrestres

📋 Plan du Cours

1. Reliefs continentaux et océaniques
2. Roches et croûtes terrestres
3. Séismes et propagation des ondes
4. Moho et structure de la croûte
5. Structure profonde et discontinuité de Gutenberg
6. Géotherme et transferts thermiques
7. Tomographie thermo-sismique et manteau

📖 1. Reliefs continentaux et océaniques

★ À maîtriser

• Les continents couvrent 29 % de la surface terrestre, soit 150,3 × 10⁶ km², et leur altitude moyenne est d’environ +840 m.

• Les océans couvrent 71 % de la surface terrestre, soit 364,4 × 10⁶ km², et leur altitude moyenne est d’environ −3 800 m.

• La répartition des altitudes terrestres est bimodale.

Compléments

• Les sondages réalisés au fond de l’Atlantique au XIXe siècle pour relier l’Amérique à l’Europe par des câbles télégraphiques ont contribué à établir la répartition statistique des reliefs terrestres.

• La Terre est assimilée à une sphère de rayon 6 400 km, dont la surface est donnée par $S = 4\pi R^2$.

• Les marges continentales comprennent un plateau peu profond d’environ 200 m, prolongé par un talus qui descend vers les plaines abyssales.

• Les plaines abyssales se situent vers 4 000 à 5 000 m de profondeur.

• Les dorsales océaniques sont des chaînes de volcans sous-marins de plus de 60 000 km de long, présentant un rift à leur sommet.

💡 Astuce mémo

Continents émergés, fonds océaniques profonds

📖 2. Roches et croûtes terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Roche : Assemblage de minéraux et/ou de verre.

★ À maîtriser

📌 Dans les minéraux, les atomes ou les ions sont organisés géométriquement en cristaux, tandis que dans le verre ils ne sont pas ordonnés et forment une pâte vitreuse.

• Les roches de surface se répartissent en trois catégories :
  • Roches sédimentaires, issues de l’altération et de l’érosion d’autres roches
  • Roches magmatiques, issues du refroidissement d’un magma
  • Roches métamorphiques, issues de la transformation d’une roche préexistante sous l’effet de la pression et/ou

📌 Les roches magmatiques plutoniques se forment par refroidissement lent en profondeur, tandis que les roches volcaniques se forment par refroidissement plus ou moins rapide en surface.

• La croûte continentale a une épaisseur de 8 à 110 km et présente une composition hétérogène en surface, avec des roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques.

• La croûte océanique, épaisse de 8 à 10 km, comprend une fine pellicule de sédiments en surface, des basaltes en coussins puis en filons dans ses couches supérieures et des gabbros à sa base ; sous cette croûte se trouve le manteau, constitué de péridotite.

📌 Le basalte et le gabbro ont la même composition, mais le refroidissement rapide du magma en surface donne au basalte une texture microlitique, tandis que son refroidissement lent en profondeur donne au gabbro une texture grenue.

Compléments

• Les roches volcaniques présentent une texture microlitique, avec des cristaux parfois petits et des microlites noyés dans du verre, et sont souvent massives, dures et poreuses ; le basalte et la rhyolite en sont des exemples.

• Les roches plutoniques sont entièrement cristallisées, à texture grenue avec des cristaux visibles à l’œil nu, et sont massives, dures et compactes ; le granite et le gabbro en sont des exemples.

• La croûte continentale comprend des sédiments en surface, surtout dans les bassins, des roches plutoniques granitiques, des roches volcaniques comme la rhyolite et des roches métamorphiques comme le gneiss dans les massifs montagneux, puis de la granulite en grande profondeur.

• La densité du granite est indiquée comme étant de 2,7, contre environ 3 pour les roches océaniques.

📖 3. Séismes et propagation des ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Séisme : Libération brutale d’énergie sous forme de rupture de roches soumises à des contraintes mécaniques.

★ À maîtriser

• L’énergie libérée lors d’un séisme se propage sous forme d’ondes mécaniques : les ondes P et S se propagent dans les volumes, tandis que les ondes L se propagent à la surface terrestre.

📌 Plus les roches sont denses et rigides, plus les ondes P y sont rapides.

Compléments

• La vitesse des ondes sismiques dépend de paramètres des matériaux traversés, notamment leur masse volumique, leur composition, leur température et leur coefficient de cisaillement.

• Les vitesses des ondes P sont d’environ 5,6 km/s dans le granite, de 6,87 km/s dans le basalte, de 6,87 km/s dans le gabbro et de 8,3 km/s dans la péridotite.

📖 4. Moho et structure de la croûte

🔑 Notions clés & Définitions

• Moho : La discontinuité qui marque la limite entre la croûte et le manteau rocheux, où l’on passe du basalte et du gabbro à la péridotite.

★ À maîtriser

📌 La croûte continentale comprend des roches granitiques, sédimentaires et métamorphiques et atteint une profondeur du Moho de 30 à 70 km, tandis que la croûte océanique comprend du gabbro et du basalte et atteint 0 à 10 km.

Compléments

• En 1909, Andrija Mohorovicic observe une deuxième série d’ondes P et S, interprétées comme des ondes réfractées au niveau d’une discontinuité profonde appelée Moho. - A. Mohorovicic

• La croûte continentale et la croûte océanique sont toutes deux solides et présentent un comportement mécanique rigide et cassant.

📖 5. Structure profonde et discontinuité de Gutenberg

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité de Gutenberg : Beno Gutenberg, 1921 - La limite entre le manteau solide et le noyau externe liquide, interprétée pour expliquer la zone d’ombre sismique par la réflexion et la réfraction des ondes P.

📝 Points essentiels

• Les études des courbes hodographes indiquent que les ondes sismiques se déplacent plus vite lorsqu’elles traversent des couches plus profondes, ce qui conduit à interpréter la structure terrestre comme concentrique et de densité croissante.

• La lithosphère est constituée de roches superficielles cassantes et rigides et mesure 80 à 90 km en domaine océanique et 110 à 120 km en domaine continental.

• En 1923, Gutenberg observe une zone d’ombre où les stations situées entre 105° et 142° de l’épicentre ne reçoivent aucune onde P, quelle que soit la localisation du foyer.

📖 6. Géotherme et transferts thermiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Géotherme terrestre : Une courbe qui combine les données sismiques et les caractéristiques physiques de la Terre et évolue selon les limites de comportement des matériaux.

★ À maîtriser

• Le gradient géothermique moyen terrestre est de $30\,^{\circ}\mathrm{C}/\mathrm{km}$.

📌 La conduction transfère la chaleur sans déplacement de matière, tandis que la convection la transfère par déplacement de matière dû à une différence de densité.

Compléments

• Le gradient géothermique est de 30 °C/km jusqu’à moins de 200 km de profondeur, puis de 0,3 °C/km.

📌 La conduction est lente et peu efficace, tandis que la convection est plus efficace et homogénéise davantage la température des matériaux.

• La conduction s’effectue dans les roches et les plaques lithosphériques, tandis que la convection s’effectue dans le manteau et le noyau externe.

💡 Astuce mémo

Conduction sans déplacement, convection avec déplacement de matière.

📖 7. Tomographie thermo-sismique et manteau

🔑 Notions clés & Définitions

• Tomographie sismique : Analyse de la vitesse de propagation des ondes dans le manteau en la comparant à la vitesse attendue selon le modèle PREM afin de révéler des hétérogénéités thermiques.

★ À maîtriser

📌 Une anomalie positive correspond à une vitesse mesurée supérieure à celle attendue et indique des matériaux plus froids et plus denses que prévu, tandis qu’une anomalie négative correspond à une vitesse inférieure et indique des matériaux plus chauds et moins denses que prévu.

• La convection mantellique comprend des remontées de matériel chaud avec divergence en surface et des enfoncements de matériel froid avec convergence en surface.

Compléments

• Sous le Japon, une zone de convergence révèle par tomographie l’enfoncement de matériel mantellique froid.

• Au niveau des dorsales, la présence de matériel chaud à faible profondeur indique la présence de magma.

• Au niveau des points chauds, la remontée de matériel chaud depuis une très grande profondeur révèle une origine à la limite entre le manteau et le noyau.

• Dans les zones de subduction, le matériel froid correspond à l’enfoncement de lithosphère froide dans l’asthénosphère.

💡 Astuce mémo

Vitesse forte : froid ; vitesse faible : chaud.