Fiche de révision : Sismologie et structure de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Origine et enregistrement des ondes
2. Types et propriétés des ondes
3. Réflexion et discontinuité du Moho
4. LVZ et comportement des matériaux
5. Limites du manteau et du noyau
6. Transferts de chaleur terrestres
7. Organisation mécanique de la Terre

📖 1. Origine et enregistrement des ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde sismique : Vibration élastique produite par la libération brutale d’énergie lors de la rupture d’une faille et se propageant dans les roches.

★ À maîtriser

• Les contraintes accumulées dans les roches peuvent provoquer la création d’une faille, puis la libération d’une grande quantité d’énergie et enfin la propagation de vibrations dans la roche.

Compléments

• Les stations sismiques enregistrent les trains d’ondes grâce à des sismographes, produisant des sismogrammes utilisés pour étudier la structure interne de la Terre.

💡 Astuce mémo

Contraintes accumulées → rupture de faille → libération d’énergie → ondes sismiques

📖 2. Types et propriétés des ondes

★ À maîtriser

📌 Les ondes P, dites primaires, se propagent dans tous les milieux à une vitesse indiquée de 6 km/s, tandis que les ondes S, dites secondaires, ne se propagent pas dans les liquides et ont une vitesse indiquée de 3,5 km/s.

📌 La vitesse et la direction des ondes sismiques varient selon le matériau traversé ; une roche plus dense et/ou plus froide accélère les ondes sismiques.

Compléments

• Les ondes de volume se propagent dans tout le volume terrestre.

• Les ondes de surface, notamment les ondes de Love et de Rayleigh, sont plus tardives et ne se propagent qu’au niveau des discontinuités ou des interfaces.

💡 Astuce mémo

P passe partout, S s’arrête dans les liquides

📖 3. Réflexion et discontinuité du Moho

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité de Moho : André Mohorovicic, 1909 — Surface séparant la croûte terrestre du manteau supérieur, mise en évidence par la réflexion d’ondes PmP.

📝 Points essentiels

• En 1909, André Mohorovicic, météorologue croate et pionnier de la sismologie, observe un deuxième train d’ondes P sur un sismogramme enregistré près de l’épicentre du séisme de Zagreb.

📌 Lorsqu’une onde P ou S change de milieu, elle se divise en une onde réfléchie et une onde réfractée en suivant les lois de Snell-Descartes.

📐 Formule — La profondeur H du Moho se calcule avec $H = \frac{1}{2}\left[h + \sqrt{\left(V\cdot\delta t + \sqrt{h^2 + \Delta^2}\right)^2 - \Delta^2}\right]$, où Δ est la distance épicentrale, h la profondeur du foyer, V la vitesse des ondes P et δt le retard des ondes PmP.

💡 Astuce mémo

Onde directe → onde réfléchie → profondeur du Moho

📖 4. LVZ et comportement des matériaux

🔑 Notions clés & Définitions

• LVZ : Zone située vers 100 km de profondeur où les ondes sismiques ralentissent et où les roches sont plus ductiles que celles de la lithosphère.

★ À maîtriser

• En 1912, Beno Gutenberg découvre une anomalie de vitesse des ondes P et S réfléchies bien en dessous du Moho.

📌 Un matériau ductile peut se déformer sans se casser, et plus sa viscosité est faible, plus il est ductile.

Compléments

• Les roches de la lithosphère ont une viscosité de 10^21 à 10^22 Pa.s, tandis que les roches de la LVZ ont une viscosité de 10^18 à 10^19 Pa.s.

💡 Astuce mémo

Lithosphère froide et rigide, LVZ chaude et ductile

📖 5. Limites du manteau et du noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité de Gutenberg : Beno Gutenberg — Surface située à environ 2900 km de profondeur, séparant le manteau du noyau et provoquant une réfraction des ondes P ainsi qu’une disparition des ondes S.
• Discontinuité de Lehmann : Inge Lehmann — Surface située à environ 5150 km de profondeur qui sépare le noyau externe liquide du noyau interne solide, appelé graine.

★ À maîtriser

📌 La disparition des ondes S au niveau de la limite manteau-noyau indique que le milieu traversé par ces ondes est liquide et composé de fer et de nickel.

Compléments

• Les ondes S traversent la graine solide, puis se transforment en ondes P en revenant dans le noyau externe liquide et sont enregistrées avec un retard important. — Inge Lehmann

💡 Astuce mémo

Gutenberg à 2900 km → Lehmann à 5150 km

📖 6. Transferts de chaleur terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Convection : Transfert de chaleur associé à des mouvements de matière dans un milieu, organisé en cellules de convection et en remontées chaudes.

★ À maîtriser

📌 La conduction est un transfert de chaleur du milieu le plus chaud vers le milieu le plus froid par agitation des atomes, sans mouvement de matière.

Compléments

• Le rayonnement thermique correspond à la transmission de rayonnements électromagnétiques qui se transforment en énergie thermique, comme les rayons solaires traversant l’atmosphère.

📌 Le gradient géothermique dépend des roches traversées, de leur conductivité, de la pression et de l’état solide ou liquide du milieu.

💡 Astuce mémo

Conduction sans mouvement de matière, convection avec mouvements

📖 7. Organisation mécanique de la Terre

📝 Points essentiels

📌 La lithosphère comprend la croûte et la partie supérieure du manteau et se caractérise par des roches plus rigides, tandis que l’asthénosphère comprend la LVZ et des roches plus ductiles.

• La lithosphère et l’asthénosphère peuvent avoir la même composition en péridotite tout en ayant une ductilité différente en raison de différences de température et de pression.

📊 Tableaux de synthèse

Principales discontinuités terrestres