Fiche de révision : Structure de la planète Terre

📋 Plan du Cours

1. Organisation du système solaire
2. Formation du Soleil et des planètes
3. Méthodes d’étude de la Terre
4. Ondes sismiques et structure interne
5. Discontinuités et modèle PREM
6. Croûtes terrestres et pétrologie
7. Manteau et transitions minéralogiques
8. Composition et origine du noyau
9. Atmosphère et stratification
10. Hydrosphère et océans

📖 1. Organisation du système solaire

★ À maîtriser

• Les quatre planètes telluriques sont:
  • Mercure
  • Vénus
  • la Terre
  • Mars

Compléments

• La ceinture de Kuiper, située au-delà de Neptune, contient notamment des planètes naines comme Pluton et Charon et constitue un réservoir de certaines comètes.

• Le nuage d’Oort est un vaste ensemble sphérique hypothétique de corps planétésimaux situé en bordure du système solaire et probablement à l’origine de la majorité des comètes, mais il n’a pas encore été observé.

💡 Astuce mémo

Telluriques rocheuses près du Soleil, gazeuses au-delà de la ceinture d’astéroïdes

📖 2. Formation du Soleil et des planètes

★ À maîtriser

• Le système solaire s’est formé il y a 4,56 Ga par l’effondrement gravitationnel d’une nébuleuse proto-solaire, qui a donné naissance au Soleil et au disque protoplanétaire.

• L’accrétion forme les planètes lorsque des grains de poussière du disque protoplanétaire s’agrègent en blocs, puis en planétésimaux et enfin en corps planétaires sous l’effet des collisions et de la gravitation.

• Les planètes telluriques se forment dans la région interne chaude à partir de métaux et de silicates, tandis que les planètes géantes se forment au-delà de la ligne des glaces, où les composés volatils restent solides.

Compléments

• Le système solaire interne s’étend à moins de 4 UA du Soleil, avec 1 UA correspondant à la distance moyenne Terre-Soleil, soit 150 millions de kilomètres.

💡 Astuce mémo

Nébuleuse → disque → grains → planétésimaux → planètes

📖 3. Méthodes d’étude de la Terre

★ À maîtriser

📌 Les informations directes sur la Terre proviennent de prélèvements limités, comme les forages, les enclaves rocheuses et les météorites, tandis que les informations indirectes proviennent notamment des méthodes sismiques, gravimétriques, magnétiques et expérimentales.

Compléments

• Les forages terrestres atteignent au maximum environ 12 km de profondeur, ce qui rend inaccessible la majeure partie de la Terre.

💡 Astuce mémo

Prélèvements directs limités, mesures indirectes globales

📖 4. Ondes sismiques et structure interne

🔑 Notions clés & Définitions

• Séisme : Série d’ondes produites par la libération brutale de l’énergie accumulée dans les roches lors d’une rupture sur une faille.

★ À maîtriser

📌 Les ondes P sont des ondes de compression qui se propagent dans les solides et les liquides, tandis que les ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne se propagent pas dans les liquides.

• La triangulation localise le foyer et l’épicentre d’un séisme en comparant les temps d’arrivée des ondes enregistrées dans plusieurs stations sismiques.

Compléments

• Les ondes de surface, notamment les ondes de Rayleigh et de Love, se propagent près de la surface, présentent les amplitudes les plus fortes et provoquent les dégâts les plus importants.

💡 Astuce mémo

P traversent les liquides, S s’y arrêtent

📖 5. Discontinuités et modèle PREM

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité sismique : Brusque variation de la vitesse des ondes liée à une modification de l’état physique ou de la composition chimique d’un matériau.

📝 Points essentiels

• Le modèle PREM, établi par Dziewonski et Anderson en 1981, représente la Terre comme un ensemble d’enveloppes concentriques définies à partir des vitesses sismiques et de la masse volumique. — Preliminary Reference Earth Model

• En 1912, Beno Gutenberg interprète la zone d’ombre des ondes P comme l’effet d’une réfraction à la limite entre le manteau et le noyau, située vers 2 900 km de profondeur. — Berno Gutenberg

• En 1936, Inge Lehmann propose l’existence d’une graine solide au centre de la Terre pour expliquer la réapparition d’ondes P dans la zone d’ombre.

💡 Astuce mémo

Moho → LVZ → 410–660 km → Gutenberg → Lehmann

📖 6. Croûtes terrestres et pétrologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Hydrothermalisme : Altération des roches mantelliques par de l’eau de mer chaude circulant dans les fractures de la croûte, à environ 250 à 400 °C.

★ À maîtriser

• Le Moho sépare la croûte du manteau vers 30 km sous les continents et 7 km sous les océans, avec une profondeur pouvant atteindre 70 km sous l’Himalaya et environ 12 km sous un rift.

📌 La croûte continentale comprend des sédiments et des roches principalement granitiques, tandis que la croûte océanique comprend des sédiments, des basaltes en coussins, des filons et des gabbros.

Compléments

• La croûte continentale s’est mise en place principalement durant l’Archéen, entre 4 et 2,5 Ga.

💡 Astuce mémo

Croûte continentale granitique, croûte océanique basaltique

📖 7. Manteau et transitions minéralogiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Manteau : Roche principalement constituée de péridotite, contenant en moyenne 60 % d’olivine et 40 % de pyroxène, avec une masse volumique d’environ 3,2 g/cm³.

★ À maîtriser

• La LVZ est une zone de diminution des vitesses sismiques entre 100 et 200 km de profondeur, probablement liée à des matériaux plus déformables ou à une fusion partielle inférieure à 0,7 % en volume.

• La zone de transition du manteau s’étend entre 410 et 660 km de profondeur et comprend deux augmentations de vitesse et de masse volumique, dont la plus importante se situe à 660 km.

Compléments

📐 Formule — À 660 km de profondeur, l’olivine γ se dissocie selon la réaction $\mathrm{Mg_2SiO_4 \rightarrow MgSiO_3 + MgO}$, en brigmanite ou pérovskite et magnésiowüstite.

💡 Astuce mémo

Pression croissante → transitions de phase → densité et vitesses accrues

📖 8. Composition et origine du noyau

★ À maîtriser

📌 La discontinuité de Gutenberg marque le passage du manteau solide au noyau externe liquide, tandis que la discontinuité de Lehmann marque le passage du noyau externe liquide à la graine solide.

• La masse volumique terrestre passe d’environ 5,5 g/cm³ dans le manteau à environ 10 g/cm³ au-delà de 2 900 km de profondeur, ce qui indique une composition différente du noyau.

• Le noyau terrestre serait principalement composé de fer, accompagné de nickel et d’autres éléments légers possibles comme le carbone, car cette composition explique sa densité, ses vitesses sismiques et le champ magnétique terrestre.

Compléments

• Les météorites différenciées comprennent:
  • les achondrites
  • les sidérites
  • les pallasites

💡 Astuce mémo

Noyau externe liquide, graine interne solide

📖 9. Atmosphère et stratification

★ À maîtriser

• L’atmosphère terrestre anhydre contient principalement:

  • 78,08 % de diazote
  • 20,95 % de dioxygène
  • 0,93 % d’argon
  • 428 ppm de dioxyde de carbone

• La troposphère représente 80 % de la masse atmosphérique et s’étend de la surface à environ 10 km d’altitude en moyenne, avec une température qui diminue de 15 °C à −56 °C.

Compléments

📌 La stratosphère s’étend au-dessus de la tropopause jusqu’à environ 50 km et sa température augmente de −56 °C à 0 °C, notamment en raison de l’absorption du rayonnement solaire par l’ozone.

💡 Astuce mémo

Troposphère → stratosphère → mésosphère → thermosphère

📖 10. Hydrosphère et océans

📝 Points essentiels

• L’hydrosphère comprend 97,5 % d’eaux salées et 2,5 % d’eaux douces, tandis que les océans recouvrent environ 70 % de la surface terrestre.

• L’eau océanique contient en moyenne 35 g/L de chlorure de sodium, dont les ions proviennent principalement de l’altération des roches continentales et, pour les chlorures et sulfates, du volcanisme sous-marin.

• La stratification océanique comprend:

  • les eaux de surface ou couche de mélange
  • la thermocline permanente
  • les eaux profondes

💡 Astuce mémo

Eaux de surface mobiles, eaux profondes froides et lentes

📊 Tableaux de synthèse

Principales enveloppes internes

Stratification des océans