Fiche de révision : Structure interne du globe

📋 Plan du Cours

1. Croûtes continentale et océanique
2. Ondes sismiques et propriétés
3. Réflexion et réfraction sismiques
4. Discontinuité de Mohorovicic
5. Zone d’ombre et noyau
6. Gradient géothermique et géotherme
7. Conduction et convection thermiques
8. Lithosphère et asthénosphère
9. Anomalies thermiques et vitesses sismiques

📖 1. Croûtes continentale et océanique

★ À maîtriser

📌 La croûte continentale, composée majoritairement de granite, a une densité de 2,7, tandis que la croûte océanique, composée de basalte et de gabbro, a une densité de 2,9.

Compléments

• Le granite continental contient du quartz, de la biotite et du plagioclase, tandis que le basalte et le gabbro océaniques contiennent du plagioclase, de l’olivine et du pyroxène.

• Une roche entièrement cristallisée est qualifiée de roche grenue.

• La densité est sans unité, tandis que la masse volumique s’exprime en g/cm³.

💡 Astuce mémo

Granite léger sous les continents, basalte et gabbro plus denses sous les océans.

📖 2. Ondes sismiques et propriétés

★ À maîtriser

📌 Les ondes de volume se propagent à l’intérieur du globe dans toutes les directions et comprennent les ondes P et les ondes S.

📌 Les ondes P, de compression-dilatation, sont les plus rapides et se propagent dans les solides comme dans les liquides, tandis que les ondes S, de cisaillement et d’oscillation, se propagent uniquement dans les solides.

• Les ondes de surface se propagent uniquement dans les couches superficielles ; plus lentes mais de grande amplitude, elles sont responsables des dégâts occasionnés par les séismes.

Compléments

• Dans le tableau comparatif, les vitesses des ondes P sont de 6,25 km/s dans le granite, 6,75 km/s dans le basalte, 7,25 km/s dans le gabbro et de 4 à 10 km/s dans les milieux liquides selon leur composition.

💡 Astuce mémo

P traverse solides et liquides ; S s’arrête aux liquides.

📖 3. Réflexion et réfraction sismiques

★ À maîtriser

📌 Les ondes sismiques sont des ondes mécaniques dont la propagation obéit à des lois géométriques semblables à celles des rayons lumineux, et elles peuvent être réfléchies ou réfractées à la rencontre d’une discontinuité séparant deux milieux aux propriétés physiques différentes.

Compléments

📐 Formule - La loi de Snell-Descartes pour la réfraction s’écrit $\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{V_1}{V_2}$.

• Lorsqu’une onde P rencontre une discontinuité où la vitesse augmente, le rayon réfracté vérifie $v_2>v_1$ et son angle vérifie $i'>i$.

📐 Formule - La vitesse d’une onde se calcule par $v=\frac{d}{t}$.

💡 Astuce mémo

À la discontinuité, un rayon se partage : une partie rebondit, l’autre traverse en changeant de direction.

📖 4. Discontinuité de Mohorovicic

★ À maîtriser

• En 1909, Andrija Mohorovicic observe, en étudiant un séisme dans la région de Zagreb, deux trains d’ondes P successifs décalés d’une minute.

📌 L’onde P directe arrive avant l’onde PmP, qui est réfléchie sur le Moho.

• Le Moho n’a pas la même profondeur partout ; il se situe en moyenne à 30 km sous les continents et à 10 km sous les océans.

Compléments

• Dans l’exercice sur la station C, située à 40 km du séisme, les deux arrivées des ondes P sont enregistrées à 6,8 s et 12,7 s.

• La profondeur moyenne du Moho calculée dans l’exercice est de 32,4 km.

💡 Astuce mémo

Le Moho sépare deux milieux → les ondes réfléchies PmP arrivent après les ondes directes.

📖 5. Zone d’ombre et noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Zone d’ombre : Zone qui ne reçoit pas d’ondes directes lors d’un séisme.

★ À maîtriser

• La zone d’ombre s’explique par la réfraction des ondes P sur le noyau, où leur vitesse diffère de celle du manteau.

Compléments

• La vitesse des ondes dépend du matériau traversé et augmente lorsque la densité du matériau est plus importante.

• Les ondes sismiques circulent plus rapidement lorsque la température des matériaux traversés est faible.

💡 Astuce mémo

Vitesse différente dans le noyau → réfraction des ondes P → zone d’ombre.

📖 6. Gradient géothermique et géotherme

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient géothermique : Variation de température entre deux points en fonction de leur distance.

★ À maîtriser

• La température terrestre augmente avec la profondeur, mais cette augmentation n’est pas linéaire et varie selon les couches.

Compléments

• Dans la croûte continentale, le gradient géothermique est de 30 °C/km.

• La température au centre de la Terre est estimée à 5 000 °C par les géophysiciens et les géologues.

• La Terre dissipe de la chaleur en surface, et certaines zones, notamment les dorsales, en dissipent davantage.

📖 7. Conduction et convection thermiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Convection : Transfert de chaleur par déplacement de matière.
• Conduction : Transfert de chaleur de proche en proche, sans déplacement global de matière.

★ À maîtriser

📌 À gradient thermique plus important, la conduction est associée à un transfert de chaleur moins efficace que la convection, dont le gradient est faible.

Compléments

• Dans un système conductif, seule la surface est refroidie.

• Dans le manteau, la péridotite devient ductile lorsque sa température approche les conditions de fusion.

💡 Astuce mémo

Conduction : chaleur transmise de proche en proche ; convection : matière en mouvement.

📖 8. Lithosphère et asthénosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Low Velocity Zone : Zone du manteau asthénosphérique où les vitesses des ondes sismiques sont plus faibles et où les matériaux sont ductiles.

★ À maîtriser

• La croûte est épaisse d’environ 30 km sous les continents et 8 km sous les océans.

• Le manteau lithosphérique est solide et cassant, présente des vitesses sismiques un peu supérieures et constantes, et s’étend jusqu’à l’isotherme 1300 °C située vers 120 km de profondeur.

📌 La lithosphère comprend la croûte et le manteau lithosphérique solides et cassants, tandis que l’asthénosphère correspond au manteau asthénosphérique ductile.

Compléments

• La croûte terrestre est solide, cassante et homogène, et les vitesses sismiques y sont moyennes et constantes sur son épaisseur.

• Le manteau asthénosphérique s’étend d’environ 120 à 670 km de profondeur et comprend la LVZ.

💡 Astuce mémo

Lithosphère cassante au-dessus ; asthénosphère ductile sous la LVZ.

📖 9. Anomalies thermiques et vitesses sismiques

★ À maîtriser

• Les hétérogénéités de vitesse des ondes à l’intérieur de la Terre s’expliquent par des hétérogénéités de température.

Compléments

• Les zones chaudes sont associées à des vitesses sismiques plus faibles, à des roches moins denses et à des anomalies négatives.

• Les zones froides sont associées à des vitesses sismiques plus rapides, à des roches plus denses et à des anomalies positives.

💡 Astuce mémo

Température hétérogène → vitesse des ondes hétérogène.

📊 Tableaux de synthèse

Ondes sismiques