Fiche de révision : Structure interne de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Enveloppes et propriétés terrestres
2. Géotherme et états de la matière
3. Ondes sismiques et séismes
4. Propagation et localisation sismiques
5. Structure profonde révélée par les ondes
6. Chimie des enveloppes terrestres

📖 1. Enveloppes et propriétés terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère : La lithosphère regroupe la croûte et une partie du manteau supérieur et constitue une enveloppe rigide.
• Asthénosphère : Partie du manteau supérieur, solide mais ductile

★ À maîtriser

• La Terre possède une croûte continentale de 30 à 60 km d’épaisseur et une croûte océanique de 5 à 10 km d’épaisseur.

• Le manteau comprend une partie supérieure et une partie inférieure solides, tandis que le noyau est divisé en noyau externe liquide et noyau interne solide et rigide.

Compléments

• Le rayon de la Terre est proche de 6400 km.

💡 Astuce mémo

Lithosphère rigide, asthénosphère ductile

📖 2. Géotherme et états de la matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Géotherme : Le géotherme décrit l’évolution de la température avec la profondeur.
• Solidus : Limite au-delà de laquelle une roche passe de l’état solide à l’état solide-liquide

★ À maîtriser

📐 Formule — Le gradient géothermique est d’environ $30\ ^\circ\mathrm{C/km}$ de profondeur.

Compléments

• Dans l’asthénosphère, le géotherme et le solidus sont proches, de sorte que la matière reste solide mais devient ductile.

💡 Astuce mémo

Température et pression croissantes → changements d’état et de ductilité

📖 3. Ondes sismiques et séismes

🔑 Notions clés & Définitions

• Hypocentre : Zone de rupture située dans une faille où les ondes sismiques sont créées
• Épicentre : Projection de l’hypocentre à la surface de la Terre

★ À maîtriser

📌 Les ondes P sont des ondes de pression dont le déplacement est parallèle à leur direction de propagation, tandis que les ondes S sont des ondes de cisaillement dont la propagation nécessite un milieu capable de cisailler.

• Les ondes P se propagent dans le sous-sol à environ 6 à 8 km/s, tandis que les ondes S se déplacent à environ 4 à 5 km/s.

• Lors d’un séisme, la roche subit d’abord une déformation élastique, puis une déformation plastique lorsque la limite d’élasticité est dépassée, avant d’atteindre la rupture si la contrainte devient trop forte.

Compléments

• Les ondes de surface comprennent les ondes de Rayleigh et les ondes de Love.

💡 Astuce mémo

Ondes P traversent les liquides, ondes S les excluent

📖 4. Propagation et localisation sismiques

★ À maîtriser

📐 Formule — La réfraction des ondes obéit à la loi de Snell-Descartes : $\frac{\sin(\alpha)}{V_1}=\frac{\sin(\beta)}{V_2}$.

📌 Lorsqu’une onde rencontre un autre milieu, une partie est réfléchie dans le premier milieu et une partie est réfractée dans le second, avec un changement de direction.

• La localisation d’un épicentre se fait en mesurant les distances à partir de trois sismographes, puis en traçant trois cercles dont le point de convergence indique l’épicentre.

• L’échelle de Richter est logarithmique et un séisme de magnitude 6 libère 30 fois plus d’énergie qu’un séisme de magnitude 5.

Compléments

📌 L’angle de réflexion est égal à l’angle d’incidence, tandis que l’angle de réfraction varie lorsque la vitesse de l’onde change de milieu.

📌 L’échelle de Mercalli prend en compte les risques selon le produit de l’aléa par la vulnérabilité.

💡 Astuce mémo

Arrivée P puis S → distance → trois cercles → épicentre

📖 5. Structure profonde révélée par les ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Zone d’ombre : Région de la surface terrestre où aucune onde sismique directe n’est reçue

★ À maîtriser

• La limite située vers 2900 km de profondeur correspond au sommet du noyau externe liquide et provoque une zone d’ombre sismique par déviation et ralentissement des ondes.

• La présence d’un noyau interne solide est déduite de la déviation des ondes qui permet à certaines ondes d’atteindre la zone d’ombre.

Compléments

• La limite entre le noyau externe et le noyau interne se situe vers 5100 km de profondeur.

📌 Les ondes S observées dans le noyau interne proviennent de la conversion d’ondes P lorsqu’elles atteignent le noyau solide.

💡 Astuce mémo

Noyau externe liquide → déviation des ondes → zone d’ombre

📖 6. Chimie des enveloppes terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Éléments sidérophiles : Éléments liés au fer et se trouvant notamment dans le noyau terrestre, comme le Fe, le Ni et le Pt
• Éléments chalcophiles : Métaux rares présents notamment au niveau des fonds marins, comme le Mn, le Zn, le Cu, le Pb, le Sn, l’As et le Ce
• Éléments lithophiles : Silicates présents dans le manteau et la croûte, comme le Ca, le Mg, le K, le Na et le Si
• Éléments atmophiles : Éléments associés à l’atmosphère, comme l’azote, l’hélium et l’argon

★ À maîtriser

• L’oxygène représente 45 % de la masse totale de la Terre, devant la silice, l’aluminium, le fer et le magnésium.

📌 Les éléments compatibles entrent les premiers dans les réseaux cristallins lors du refroidissement du magma, notamment le Mg, le Fe et le Ca, tandis que les éléments incompatibles comme le K et le Na restent préférentiellement dans la phase liquide.

Compléments

📌 Un élément volatil possède un point de fusion bas et passe facilement de l’état solide à l’état liquide, tandis qu’un élément réfractaire résiste davantage à ce changement.

💡 Astuce mémo

S-C-L-A : sidérophiles, chalcophiles, lithophiles, atmophiles

📊 Tableaux de synthèse

Enveloppes terrestres