Fiche de révision : Structure et dynamique de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Composition des croûtes terrestres
2. Séismes et propagation des ondes
3. Discontinuités et enveloppes terrestres
4. Lithosphère et asthénosphère
5. Chaleur et transferts thermiques
6. Indices de mobilité des plaques
7. Mesure GPS des déplacements
8. Formation et vieillissement océaniques

📖 1. Composition des croûtes terrestres

★ À maîtriser

• La croûte océanique est constituée de basalte et de gabbros et sa densité est de 2,9.

• La croûte continentale comprend en surface des roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires, et sa densité moyenne est de 2,7.

Compléments

• Le contraste géologique entre les croûtes océanique et continentale contribue à la distribution mondiale des altitudes entre océans et continents.

💡 Astuce mémo

Océanique basaltique et gabbroïque, continentale diversifiée

📖 2. Séismes et propagation des ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Séisme : Libération brutale d’énergie lorsque des roches soumises à des contraintes se rompent le long de failles.

★ À maîtriser

• Les ondes sismiques sont libérées au foyer d’un séisme et se propagent dans toutes les directions, vers la surface et à travers le globe.

📌 Une augmentation de la vitesse des ondes sismiques révèle des roches plus denses, tandis qu’un ralentissement ou une absence de propagation indique un milieu moins dense, plus visqueux ou liquide.

Compléments

• Les principaux types d’ondes sismiques sont :
  • les ondes P
  • les ondes S
  • les ondes de surface

📖 3. Discontinuités et enveloppes terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité : Surface de contact entre deux milieux où les ondes sismiques peuvent être réfléchies ou réfractées.

★ À maîtriser

• Le Moho sépare la croûte terrestre du manteau et se situe à moins de 10 km de profondeur sous le plancher océanique et jusqu’à près de 90 km sous les hauts reliefs.

• La discontinuité de Gutenberg se situe à 2 900 km de profondeur et sépare le manteau péridotitique du noyau ferreux.

• La discontinuité de Lehmann se situe à 5 100 km de profondeur entre le noyau interne solide et le noyau externe aux propriétés liquides.

Compléments

• Le modèle PREM représente la Terre sous la forme d’enveloppes concentriques et s’appuie sur les enregistrements sismiques et des études en laboratoire du comportement des roches sous pression.

• L’étude sismique de la croûte distingue les roches par leurs vitesses de conduction des ondes, leur dureté et leur comportement cassant ou ductile et visqueux.

💡 Astuce mémo

Moho, Gutenberg, Lehmann : croûte-manteau, manteau-noyau, noyau externe-interne

📖 4. Lithosphère et asthénosphère

★ À maîtriser

📌 La lithosphère comprend la croûte et une semelle de péridotite du manteau lithosphérique, et elle est rigide et cassante, contrairement à l’asthénosphère sous-jacente, plus visqueuse et ductile.

• Dans l’asthénosphère, les ondes sismiques ralentissent dans la péridotite plus visqueuse, formant une zone à faible vitesse appelée LVZ.

Compléments

• La LVZ traduit un changement temporaire des propriétés des péridotites, car la vitesse des ondes retrouve des valeurs normales après environ 200 km de profondeur.

• La vitesse des ondes dépend de la rigidité du matériau, et la péridotite lithosphérique est plus rigide que celle de l’asthénosphère.

• Un matériau rigide comme la lithosphère océanique peut pénétrer et plonger dans l’asthénosphère visqueuse.

💡 Astuce mémo

Lithosphère rigide au-dessus de l’asthénosphère visqueuse

📖 5. Chaleur et transferts thermiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Géotherme : Tracé de l’évolution de la température en fonction de la profondeur.

★ À maîtriser

📌 La chaleur est transférée par conduction dans la lithosphère et au niveau des discontinuités, et par convection dans l’asthénosphère.

Compléments

• La température augmente avec la profondeur et le profil du géotherme varie selon l’enveloppe terrestre.

• La convection mantellique associe des mouvements chauds ascendants et des mouvements froids descendants, observables par tomographie sismique comme des anomalies de vitesse par rapport au modèle PREM.

• La convection dissipe l’énergie thermique plus efficacement que la conduction.

💡 Astuce mémo

Conduction sans mouvement de matière, convection avec mouvement

📖 6. Indices de mobilité des plaques

★ À maîtriser

• Les anomalies magnétiques positives et négatives du plancher océanique basaltique forment des bandes parallèles à l’axe de la dorsale et symétriques de part et d’autre de cet axe.

• En s’éloignant de la dorsale, les sédiments au contact du basalte sont plus anciens et leur couche est plus épaisse, ce qui apporte une preuve de l’expansion océanique.

• Les alignements volcaniques intraplaques sont interprétés comme le résultat de l’activité d’un point chaud relativement fixe, alimenté par un panache de matériaux chauds provenant du manteau profond.

Compléments

• L’alternance des anomalies magnétiques positives et négatives dans des roches volcaniques d’âges connus témoigne de successions d’inversions du champ magnétique terrestre.

• Les foyers sismiques alignés sur un plan incliné dessinent une plaque plongeante qui peut atteindre 700 km de profondeur.

• L’étude du volcanisme de point chaud permet d’estimer le sens, la direction et la vitesse du déplacement de la plaque, comprise entre quelques centimètres et une dizaine de centimètres par an.

📖 7. Mesure GPS des déplacements

★ À maîtriser

📌 Une valeur positive du déplacement en latitude indique un mouvement vers le Nord, tandis qu’une valeur négative indique un mouvement vers le Sud.

📌 Une valeur positive du déplacement en longitude indique un mouvement vers l’Est, tandis qu’une valeur négative indique un mouvement vers l’Ouest.

Compléments

• Un exemple de déplacement GPS indique une vitesse d’environ 16 mm/an vers le Nord et de 18 mm/an vers l’Est.

💡 Astuce mémo

Latitude positive vers le Nord, longitude positive vers l’Est

📖 8. Formation et vieillissement océaniques

★ À maîtriser

• Sous les dorsales rapides, la remontée de péridotite entraîne une décompression puis une fusion partielle, et les liquides produits se solidifient pour former la lithosphère océanique.

• La limite entre la lithosphère et l’asthénosphère est associée à l’isotherme 1 300 °C.

• En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique refroidit, l’isotherme 1 300 °C s’enfonce et l’épaisseur du manteau lithosphérique augmente.

• L’augmentation de la proportion du manteau lithosphérique, plus dense que la croûte, accroît la densité globale de la lithosphère océanique et la fait s’enfoncer dans l’asthénosphère : c’est la subsidence thermique.

Compléments

• La croûte océanique formée sous les dorsales rapides comprend des gabbros surmontés de basaltes en filons et en coussins.

• La subsidence thermique explique l’approfondissement du plancher océanique jusqu’à 3 à 6 kilomètres dans les plaines abyssales.

📐 Formule - La densité de la lithosphère océanique vérifie $d_{LO} = \frac{(d_{CO} \times E_{CO}) + (d_{ML} \times E_{ML})}{E_{LO}}$, avec $E_{ML} = E_{LO} - E_{CO}$.

💡 Astuce mémo

Refroidissement → lithosphère épaissie et densifiée → subsidence thermique