Fiche de révision : Structure interne du globe terrestre

📋 Plan du Cours

1. Ondes sismiques et structure interne
2. Densité et comportement des roches
3. Modèle PREM et discontinuités
4. Tomographie et anomalies thermiques
5. Transferts thermiques et géotherme
6. Constitution des enveloppes terrestres
7. Rédaction d’un texte argumenté
8. Mesures sismiques et profondeur du Moho

📖 1. Ondes sismiques et structure interne

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde sismique P : Onde de compression, la plus rapide, qui se propage dans les milieux solides et liquides.
• Zone d’ombre sismique : Région de la surface terrestre où les ondes P et S ne sont pas enregistrées à cause de leur réfraction par les discontinuités internes.

★ À maîtriser

📌 Les ondes P se propagent dans les milieux solides et liquides, tandis que les ondes S ne se propagent que dans les milieux solides.

📌 Une variation brutale de la vitesse des ondes sismiques indique une discontinuité, c’est-à-dire le passage à une nouvelle couche aux propriétés différentes.

• L’arrêt des ondes S dans le noyau externe révèle que celui-ci est liquide.

Compléments

• La zone d’ombre comprise entre 105° et 142° par rapport à l’épicentre révèle la discontinuité de Gutenberg, qui sépare le manteau du noyau externe.

💡 Astuce mémo

Variation de vitesse → changement de couche

📖 2. Densité et comportement des roches

★ À maîtriser

• La densité d’une roche se détermine en mesurant sa masse, en mesurant le volume d’eau déplacé, en calculant sa masse volumique puis en rapportant cette masse volumique à celle de l’eau.

📌 La lithosphère est rigide et cassante, tandis que l’asthénosphère est ductile et peut se déformer sans se casser.

Compléments

• Pour un gabbro de masse 29,9 g déplaçant 10 mL d’eau, la densité vaut 2,99.

• Le changement de comportement mécanique entre lithosphère et asthénosphère est associé à l’isotherme d’environ 1300 °C.

💡 Astuce mémo

Lithosphère cassante, asthénosphère ductile

📖 3. Modèle PREM et discontinuités

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle PREM : Ou Preliminary Reference Earth Model, modèle de la structure interne moyenne du globe établi grâce à l’étude des ondes sismiques.

📝 Points essentiels

• Le modèle PREM distingue les enveloppes suivantes:

  • la croûte
  • le manteau lithosphérique
  • l’asthénosphère
  • le manteau inférieur
  • le noyau externe liquide
  • le noyau interne solide

• La discontinuité de Gutenberg se situe vers 2900 km et la discontinuité de Lehmann vers 5100 km de profondeur.

• La discontinuité de Mohorovičić, ou Moho, est la limite entre la croûte terrestre et le manteau supérieur, repérée par un brusque changement de vitesse des ondes sismiques.

💡 Astuce mémo

Croûte → manteau → noyau externe → noyau interne

📖 4. Tomographie et anomalies thermiques

★ À maîtriser

• La tomographie sismique compare les temps d’arrivée réels des ondes aux temps prédits par le PREM afin d’identifier des anomalies de vitesse.

📌 Une anomalie positive de vitesse correspond à une arrivée plus précoce et à une zone plus froide et dense, tandis qu’une anomalie négative correspond à une arrivée plus tardive et à une zone plus chaude.

Compléments

• Une plaque plongeante froide peut produire une anomalie positive de vitesse, tandis qu’un panache mantellique chaud peut produire une anomalie négative.

💡 Astuce mémo

Anomalie positive froide, anomalie négative chaude

📖 5. Transferts thermiques et géotherme

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient géothermique : Variation de la température avec la profondeur dans la Terre.

★ À maîtriser

📌 Dans la lithosphère rigide, la conduction produit un gradient géothermique élevé de +10 à +30 °C/km, tandis que dans le manteau ductile, la convection produit un gradient faible d’environ +0,3 °C/km.

Compléments

📌 La convection transfère la chaleur plus efficacement que la conduction, ce qui explique le faible gradient thermique du manteau malgré sa grande épaisseur.

💡 Astuce mémo

Conduction dans la lithosphère, convection dans le manteau

📖 6. Constitution des enveloppes terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère : Enveloppe externe rigide de la Terre, composée de la croûte et du manteau lithosphérique, et reposant sur l’asthénosphère.

★ À maîtriser

📌 La croûte continentale a une épaisseur moyenne d’environ 30 km, tandis que la croûte océanique mesure environ 5 à 15 km d’épaisseur.

• La croûte continentale est principalement granitique et la croûte océanique est principalement constituée de basalte et de gabbro.

📌 Le basalte possède une texture microlithique formée par un refroidissement rapide en surface, tandis que le gabbro possède une texture grenue formée par un refroidissement lent en profondeur.

📌 Selon le principe de l’isostasie, la croûte continentale moins dense, avec une densité d’environ 2,7, repose plus haut que la croûte océanique, dont la densité est d’environ 2,9 à 3.

Compléments

• Les altitudes terrestres présentent deux pics de fréquence, autour de +840 m pour les continents et de −3800 m pour les fonds océaniques, ce qui constitue la bimodalité des altitudes.

💡 Astuce mémo

Continents granitiques, océans basaltiques

📖 7. Rédaction d’un texte argumenté

★ À maîtriser

• Un texte argumenté comprend une introduction qui définit le sujet, formule une problématique et annonce le plan, un développement en deux ou trois parties argumentées, puis une conclusion qui répond à la problématique et ouvre le sujet.

Compléments

📌 Chaque idée clé doit être présentée dans un paragraphe séparé et soutenue par au moins un argument issu d’une expérience, d’une observation ou d’un exemple.

📌 Un schéma de texte argumenté doit être grand, coloré, doté d’un titre et d’une légende complète et pertinente, puis accompagné d’un commentaire.

💡 Astuce mémo

Introduction → développement → conclusion

📖 8. Mesures sismiques et profondeur du Moho

★ À maîtriser

📐 Formule — La vitesse d’une onde se calcule avec $v = \frac{d}{t}$, où d est la distance parcourue et t le temps de trajet.

• Pour déterminer une vitesse moyenne à partir de sismogrammes, il faut relever les temps d’arrivée des ondes P et S, tracer la distance en fonction du temps, ajuster les droites de tendance puis utiliser leur coefficient directeur comme vitesse.

• La profondeur du Moho peut être déterminée en comparant les temps d’arrivée de l’onde P directe et de l’onde PmP réfléchie sur le Moho, puis en utilisant la vitesse moyenne des ondes P dans la croûte.

Compléments

• Pour l’étude du séisme de Savoie du 19 janvier 1991, la station OG09 est située à 24,3 km de l’épicentre et la station OG02 à 63,3 km.

• La vitesse moyenne des ondes P dans la croûte des Alpes, utilisée pour calculer la profondeur du Moho, est estimée à 6,25 km/s.

💡 Astuce mémo

Mesurer → calculer → tracer → interpréter

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des enveloppes terrestres

Types de croûte terrestre