Fiche de révision : Structure et composition de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Types d’ondes sismiques et leurs caractéristiques
2. Identification des discontinuités internes de la Terre par les ondes sismiques
3. Description des enveloppes terrestres et leurs compositions
4. Distinction fonctionnelle entre lithosphère et asthénosphère
5. Composition et différences entre lithosphères continentale et océanique
6. Origine des différences d’altitude entre domaines continental et océanique
7. Propriétés géothermiques : gradient, flux et géotherme
8. Mécanismes de transfert thermique interne : conduction et convection

📖 1. Types d’ondes sismiques et leurs caractéristiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ondes de surface (ondes L et R) : Ondes sismiques guidées par la surface terrestre, caractérisées par une vitesse inférieure à celle des ondes de volume et une amplitude généralement plus élevée, responsables des dégâts aux édifices lors des séismes.
• Appelées aussi ondes : ▪ Les ondes S ou ondes secondaires appelées aussi ondes de cisaillement ou ondes transversales.
• Elles sont : Elles sont responsables des dégâts causés aux édifices.

📝 Points essentiels

• Les ondes P sont les plus rapides, enregistrées en premier, et provoquent des mouvements parallèles à leur propagation.
• Les ondes S sont plus lentes, ne se propagent pas dans les milieux liquides, et leur passage indique un milieu solide.
• Les ondes de surface ont une amplitude plus forte, sont moins rapides, et causent des dégâts aux bâtiments.
• Ce sont les plus rapides (6 km.s-1 près de la surface) et sont enregistrées en premier sur un sismogramme.

💡 À retenir

Comprendre les caractéristiques distinctives des ondes sismiques permet d'interpréter leur enregistrement et leur impact lors des tremblements de terre.

📖 2. Identification des discontinuités internes de la Terre par les ondes sismiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité de Gutenberg : Discontinuité séparant le manteau du noyau à environ 2900 km de profondeur, caractérisée par la disparition des ondes S, indiquant un milieu liquide.

📝 Points essentiels

• La discontinuité de Lehmann, à 5100 km, sépare le noyau externe liquide du noyau interne solide.
• Les variations de vitesse des ondes sismiques selon la nature et la densité des matériaux permettent d'identifier ces discontinuités.

💡 À retenir

L’analyse des variations de vitesse et de propagation des ondes sismiques révèle les limites internes majeures de la Terre.

📖 3. Description des enveloppes terrestres et leurs compositions

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau externe : Une couche liquide située entre 2900 et 5100 km de profondeur, constituée principalement de fer et de nickel.

📝 Points essentiels

• La croûte terrestre, solide et cassante, s’étend de 0 à 30 km de profondeur et est composée de granites dans la croûte continentale et de gabbros dans la croûte océanique.
• Le manteau supérieur (30-670 km) et le manteau inférieur (670-2900 km) sont solides, composés principalement de péridotite, séparés par une zone de transition non considérée comme une discontinuité.
• Le noyau externe, situé entre 2900 et 5100 km de profondeur, est liquide et composé de fer et de nickel.
• Le noyau interne, ou graine, est solide, se trouve entre 5100 et 6400 km de profondeur, et est également composé de fer et de nickel.
• ▪ Le manteau supérieur (30 à 670 km) et le manteau inférieur (670 km à 2900 km) qui sont solides et composé de péridotite.

💡 À retenir

La Terre est structurée en enveloppes distinctes, chacune définie par une composition minérale spécifique et un état physique particulier, solide ou liquide.

📖 4. Distinction fonctionnelle entre lithosphère et asthénosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère : Une couche solide et cassante composée de la croûte et du manteau lithosphérique, limitée par l'isotherme 1300°C, s'étendant jusqu'à environ 100 km de profondeur.

📝 Points essentiels

• La lithosphère, d'une épaisseur d'environ 0 à 100 km, est solide et cassante, formée par la croûte et le manteau lithosphérique, et limitée par l'isotherme 1300°C.
• L'asthénosphère s'étend de 100 à 670 km de profondeur, est ductile, et comprend la LVZ (100-400 km) où la péridotite est plus molle, facilitant le déplacement de la lithosphère.
• La LVZ est une zone de moindre vitesse des ondes sismiques sans discontinuité nette, indiquant un compartiment ductile.
• ▪ L’asthénosphère (de 100 à 670 km) est composée d’une partie du manteau supérieur (sans le manteau lithosphérique).
• La lithosphère se termine par une limite thermique : l’isotherme 1300°C.

💡 À retenir

La distinction entre lithosphère et asthénosphère repose sur leurs propriétés mécaniques et thermiques, et non uniquement sur des limites structurales.

📖 5. Composition et différences entre lithosphères continentale et océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Roche magmatique : Type de roche formée par la solidification du magma ou de la lave.
• Épaisseur) composée principalement : Dimension verticale de la croûte ou de la lithosphère, ici environ 30 km pour la croûte continentale et 8 km pour la croûte océanique.

📝 Points essentiels

• La lithosphère continentale contient une croûte épaisse (~30 km) composée principalement de granite, une roche magmatique plutonique.
• La lithosphère océanique contient une croûte plus fine (~8 km) composée principalement de basalte (volcanique) et gabbro (plutonique).
• Les basaltes et gabbros contiennent du feldspath et du pyroxène, issus d’un même magma.
• Le manteau lithosphérique et asthénosphérique est composé de péridotite, roche mantellique riche en pyroxène et olivine.

💡 À retenir

Les lithosphères continentale et océanique diffèrent par leur composition et épaisseur, influençant leur comportement géologique.

📖 6. Origine des différences d’altitude entre domaines continental et océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Distribution bimodale des altitudes : Répartition des altitudes terrestres en deux ensembles distincts correspondant aux domaines continental et océanique.
• Domaine continental : Ensemble terrestre caractérisé par des altitudes moyennes positives d'environ +100 m, variant de -50 m à +8800 m.
• Domaine océanique : Ensemble terrestre caractérisé par des altitudes moyennes négatives d'environ -4000 m, variant de 0 à -11000 m dans les fosses océaniques.

📝 Points essentiels

• Le domaine continental présente des altitudes moyennes positives (+100 m), variant de -50 m à +8800 m.
• Le domaine océanique présente des altitudes moyennes négatives (-4000 m), variant de 0 à -11000 m (fosses).
• Les différences d'altitude s'expliquent par la densité des roches : granite (~2,7) pour le continental, basaltes/gabbros (2,9-3) pour l'océanique, péridotite (~3,2-3,3) pour le manteau.
• Le domaine océanique plus dense s'enfonce davantage dans l'asthénosphère, expliquant son altitude plus basse.
• Ces différences d’altitude s’expliquent par les différences de densités des roches : ▪ Le granite composant le domaine continental a une densité d’environ 2,7 ▪ Les basaltes et gabbros (domaine océanique) ont une densité de 2,9 à 3.

💡 À retenir

Les variations d'altitude terrestre résultent directement des différences de densité et d'enfoncement des lithosphères continentale et océanique.

📖 7. Propriétés géothermiques : gradient, flux et géotherme

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient géothermique : Variation de la température en fonction de la profondeur dans le globe, exprimée en degrés Celsius par kilomètre, qui varie selon les différentes couches terrestres.

📝 Points essentiels

• Le gradient géothermique mesure la variation de température en fonction de la profondeur (°C/km) et varie selon les couches terrestres.
• Le géotherme est le profil thermique spécifique à un contexte géologique donné, comme le géotherme continental ou de subduction.
• Le géotherme correspond au gradient et au flux géothermique d’un contexte géologique particulier : ex géotherme continental, géotherme de subduction.
• Les propriétés géothermiques de la Terre Le gradient géothermique correspond aux variations de température en fonction de la profondeur au sein du globe (°C/km).

💡 À retenir

Les propriétés géothermiques traduisent la distribution et le transfert de chaleur interne selon le contexte géologique.

📖 8. Mécanismes de transfert thermique interne : conduction et convection

🔑 Notions clés & Définitions

• Transfert de chaleur : Mécanisme par lequel l'énergie thermique est déplacée à l'intérieur de la Terre, impliquant des processus physiques comme la conduction et la convection.
• Température sont constatées au niveau : Variations de température observées dans des zones spécifiques des enveloppes terrestres, telles que les dorsales, points chauds et zones de subduction.

📝 Points essentiels

• La conduction est un transfert de chaleur sans déplacement de matière, dépendant du gradient thermique et de la conductivité des roches, généralement peu efficace.
• La convection est un transfert de chaleur par déplacement de matière chaude ascendante et froide descendante, très efficace et responsable des cellules de convection dans le manteau.
• La production de chaleur interne est majoritairement due à la radioactivité (90%) répartie dans toutes les enveloppes terrestres.
• Les anomalies thermiques détectées par tomographie sismique, telles que dorsales, points chauds et zones de subduction, sont liées aux mouvements convectifs et influencent la vitesse des ondes sismiques.
• Les principales anomalies identifiées sont les suivantes : ▪ Des anomalies de haute température sont constatées au niveau des dorsales et des points chauds.
• Les transferts thermiques terrestres sont réalisés par 2 mécanismes principaux : ▪ La conduction est un transfert de chaleur de proche en proche sans déplacement de matière.

💡 À retenir

Les transferts thermiques internes combinent conduction et convection, façonnant la dynamique thermique et mécanique de la Terre.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des propriétés des ondes sismiques

Discontinuités internes de la Terre

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre la vitesse des ondes P et S.
2. Confondre discontinuité de Gutenberg et de Lehmann.
3. Confondre composition du noyau interne et externe.
4. Confondre propriétés mécaniques de la lithosphère et de l'asthénosphère.
5. Confondre épaisseur de la croûte continentale et océanique.
6. Confondre altitude et densité des lithosphères.
7. Confondre mécanismes de transfert thermique et propriétés géothermiques.

✅ Checklist Examen

1. Identifier les types d’ondes sismiques.
2. Expliquer la discontinuité de Gutenberg.
3. Distinguer la composition des enveloppes terrestres.
4. Différencier lithosphère et asthénosphère.
5. Comparer lithosphère continentale et océanique.
6. Expliquer l’origine des différences d’altitude.
7. Définir le gradient géothermique.
8. Différencier conduction et convection.
9. Identifier les propriétés géothermiques.
10. Comprendre le transfert thermique interne.