Fiche de révision : Structure et dynamique du globe

📋 Plan du Cours

1. Plaques et reliefs océaniques
2. Croûtes continentale et océanique
3. Ondes sismiques et structure terrestre
4. Modèle sismique et discontinuités
5. Lithosphère, asthénosphère et subduction
6. Géotherme et flux géothermique
7. Transferts et sources de chaleur
8. Tomographie du manteau

📖 1. Plaques et reliefs océaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Plaque lithosphérique : Portion de lithosphère animée de mouvements relatifs, notamment de divergence ou de convergence.

★ À maîtriser

• Les mesures géodésiques montrent que les plaques d’Amérique du Sud et d’Afrique s’éloignent, tandis que les plaques pacifique et australienne se rapprochent.

Compléments

• Les dorsales océaniques sont des chaînes de montagnes sous-marines larges de 2 000 à 3 000 km, dont la longueur totale est d’environ 60 000 km.

• Les fosses océaniques peuvent atteindre une profondeur de 11 000 m, tandis que les plaines abyssales se situent vers 5 000 m de profondeur.

💡 Astuce mémo

Divergence aux dorsales, convergence aux fosses

📖 2. Croûtes continentale et océanique

★ À maîtriser

📌 La croûte continentale est représentée en profondeur par le granite, tandis que la croûte océanique comprend principalement du basalte et du gabbro.

📌 Une structure microlitique contient du verre et des minéraux invisibles à l’œil nu, tandis qu’une structure grenue est entièrement cristallisée et montre des minéraux visibles à l’œil nu.

• La densité de la croûte continentale est d’environ 2,4 g/cm³, tandis que celle de la croûte océanique est d’environ 2,78 g/cm³.

Compléments

• La distribution bimodale des altitudes entre continents et océans s’explique par la nature et la densité différentes de leurs croûtes.

💡 Astuce mémo

Granite continental, basalte-gabbro océanique

📖 3. Ondes sismiques et structure terrestre

★ À maîtriser

• Un séisme se produit lorsque les contraintes accumulées dans des roches rigides dépassent leur seuil de rupture, provoquant la rupture d’une faille, la libération d’énergie et l’émission d’ondes sismiques.

Compléments

• Les foyers sismiques se situent entre 1 et 700 km de profondeur et le plus souvent à moins de 30 km.

• Les sismogrammes enregistrent les vibrations produites par un séisme à l’aide de sismographes et deviennent plus longs lorsque la distance à la source augmente.

💡 Astuce mémo

Rupture des roches → ondes → informations sur le globe

📖 4. Modèle sismique et discontinuités

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle PREM : Preliminary Reference Earth Model — Modèle sphérique de la Terre fondé sur l’évolution de la vitesse des ondes sismiques jusqu’au centre, publié par Dziewonski et Anderson en 1981.

★ À maîtriser

📌 Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides, et une variation brutale de vitesse des ondes indique généralement un changement de nature des roches ou d’état physique.

• La zone d’ombre sismique située entre 11 500 et 14 500 km de l’épicentre révèle une discontinuité profonde liée à un changement de milieu.

Compléments

• Le modèle sismique distingue une discontinuité de Gutenberg vers 2 900 km de profondeur et une discontinuité de Lehmann vers 5 100 km.

💡 Astuce mémo

Croûte → manteau → noyau externe → noyau interne

📖 5. Lithosphère, asthénosphère et subduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère : J. Oliver, B. Isacks et L. Sykes, 1967 — Unité froide et rigide d’environ 100 km d’épaisseur qui peut se casser en s’enfonçant dans l’asthénosphère.
• Subduction : Enfoncement d’une plaque lithosphérique dans l’asthénosphère.

★ À maîtriser

📌 L’asthénosphère est plus chaude et moins rigide que la lithosphère, ce qui lui confère un comportement plus ductile.

Compléments

• En 1967, J. Oliver, B. Isacks et L. Sykes ont interprété le plan de Wadati-Benioff comme une plaque froide plongeante à l’origine de séismes.

💡 Astuce mémo

Lithosphère froide et cassante, asthénosphère chaude et ductile

📖 6. Géotherme et flux géothermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Géotherme : Tracé de l’évolution de la température en fonction de la profondeur dans la Terre.
• Flux géothermique : Quantité d’énergie thermique dissipée par la Terre par unité de surface et de temps.

★ À maîtriser

• La température interne de la Terre augmente avec la profondeur, mais le gradient géothermique est plus élevé dans la lithosphère et à la limite noyau-manteau que dans le manteau et le noyau.

Compléments

• Le flux géothermique est hétérogène à la surface du globe, avec des valeurs maximales au niveau des dorsales et minimales à l’intérieur des plaques.

💡 Astuce mémo

Gradient fort en lithosphère, faible dans le manteau

📖 7. Transferts et sources de chaleur

🔑 Notions clés & Définitions

• Conduction : Transfert de chaleur sans déplacement global de matière, réalisé de proche en proche entre des régions de température différente.
• Convection : Transfert thermique qui implique un déplacement de matière dans le milieu.

★ À maîtriser

• Le flux thermique global de la Terre en surface est d’environ 4,2 × 10^13 W, dont environ trois quarts proviennent de la radioactivité et un quart du refroidissement de la Terre.

• La chaleur radioactive provient principalement de la désintégration de l’uranium 235 et 238, du thorium 232 et du potassium 40; un tiers est produit dans la croûte et deux tiers dans le manteau.

Compléments

📐 Formule — Le gradient géothermique de la lithosphère vaut $\frac{1300\ ^\circ\mathrm{C}}{100\ \mathrm{km}} = 13\ ^\circ\mathrm{C/km}$.

📐 Formule — Le gradient géothermique moyen du manteau vaut $\frac{2200-1300\ ^\circ\mathrm{C}}{2900-100\ \mathrm{km}} = 0{,}33\ ^\circ\mathrm{C/km}$.

💡 Astuce mémo

Radioactivité et accrétion → chaleur interne → conduction et convection

📖 8. Tomographie du manteau

🔑 Notions clés & Définitions

• Tomographie sismique : Méthode utilisant les écarts entre les vitesses observées des ondes et celles prévues par un modèle moyen comme PREM pour repérer en trois dimensions les hétérogénéités du globe.

📝 Points essentiels

📌 Une anomalie négative de vitesse correspond généralement à une zone moins dense ou plus chaude, tandis qu’une anomalie positive correspond généralement à une zone plus dense ou plus froide.

• En 1964, Jack Oliver, Bryan Isacks et Lynn Sykes ont observé que les ondes P arrivaient deux secondes plus tôt à Tonga qu’à Fidji.

• Sous l’arc des Tonga, les ondes traversent une lithosphère froide et cassante vers Tonga, mais une asthénosphère plus chaude et ductile vers Fidji, ce qui explique leur arrivée plus tardive à Fidji.

💡 Astuce mémo

Anomalie rapide froide, anomalie lente chaude

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des croûtes

Lithosphère et asthénosphère