Fiche de révision : Structure interne du globe terrestre

📋 Plan du Cours

1. Reliefs et roches des croûtes terrestres
2. Séismes et propagation des ondes
3. Discontinuités révélées par la sismologie
4. Enveloppes mécaniques et modèle PREM
5. Géotherme et transferts thermiques
6. Anomalies thermiques du manteau

📖 1. Reliefs et roches des croûtes terrestres

★ À maîtriser

• La répartition des altitudes terrestres est bimodale, avec une altitude moyenne de 840 m pour les continents et de −3800 m pour les fonds océaniques.

• La croûte océanique est recouverte de sédiments pouvant atteindre 2000 m d’épaisseur et comprend du basalte et du gabbro.

📌 Le basalte et le gabbro ont la même composition chimique et minéralogique, les mêmes minéraux cités — feldspath, pyroxène, amphibole et olivine — et une densité de 2,9, mais le gabbro a une texture grenue et le basalte une texture microlithique.

📌 Le granite, roche magmatique représentative de la croûte continentale, a une texture grenue, contient des feldspaths, des micas — biotite et muscovite — et du quartz, et a une densité de 2,6.

Compléments

• Le mont Everest atteint 8848 m et la fosse des Mariannes descend à −11022 m.

• Le domaine océanique comprend des plaines abyssales vers −4800 m, des plateaux continentaux vers −300 m et des dorsales océaniques vers −2500 m.

• La croûte continentale présente des roches sédimentaires, magmatiques et métamorphiques, ces dernières résultant de transformations à l’état solide d’autres roches.

💡 Astuce mémo

Croûte océanique basaltique et gabbroïque, croûte continentale granitique

📖 2. Séismes et propagation des ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Séisme : Rupture brutale de roches soumises à de fortes contraintes, qui libère soudainement de l’énergie sous forme d’ondes sismiques.

★ À maîtriser

📌 Les ondes P sont les plus rapides, traversent les solides et les liquides et correspondent à des compressions et dilatations successives des roches.

📌 Les ondes S sont plus lentes que les ondes P, ne se propagent que dans les solides et ont un mouvement perpendiculaire à leur direction de propagation.

Compléments

• Les ondes sismiques se propagent dans les roches dans toutes les directions à partir du foyer du séisme et peuvent être enregistrées à grande distance par des sismomètres sous forme de sismogrammes.

• Les ondes de surface se propagent le long de la surface terrestre et sont généralement les plus destructrices lors des séismes.

💡 Astuce mémo

P traverse solides et liquides ; S traverse seulement les solides

📖 3. Discontinuités révélées par la sismologie

★ À maîtriser

• Lorsqu’une onde sismique rencontre une discontinuité entre deux milieux de composition différente, elle peut être réfractée, donc changer de direction et de vitesse, et réfléchie, donc retourner dans son milieu d’origine.

• La discontinuité de Mohorovičić, ou Moho, sépare la croûte du manteau et se caractérise par une augmentation brusque de la vitesse des ondes, liée au passage à un manteau plus dense constitué principalement de péridotites.

• La discontinuité de Gutenberg se situe vers 2900 km de profondeur, sépare le manteau du noyau externe et a été mise en évidence par la zone d’ombre des ondes P directes.

• Le noyau externe est constitué principalement de fer liquide et ne laisse pas passer les ondes S.

• La discontinuité de Lehmann se situe vers 5150 km de profondeur, sépare le noyau externe liquide du noyau interne également riche en fer et s’accompagne d’une accélération des ondes P qui confirme la nature solide du noyau interne.

Compléments

• La profondeur du Moho est d’environ 7 km sous les océans et 30 km sous les continents.

💡 Astuce mémo

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

📖 4. Enveloppes mécaniques et modèle PREM

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère : Enveloppe rigide constituée de la croûte continentale ou océanique et de la partie supérieure du manteau supérieur, fragmentée en plaques tectoniques.
• Asthénosphère : Couche plus ductile que la lithosphère, située sous celle-ci dans le manteau.

📝 Points essentiels

• La zone de faible vitesse, ou LVZ, s’étend sur environ 200 km et correspond à une diminution significative de la vitesse des ondes sismiques, indiquant une baisse de la rigidité des roches.

• Le modèle PREM (Preliminary Réference Earth Model) est un modèle concentrique de la structure interne du globe fondé en partie sur les études sismologiques.

💡 Astuce mémo

Lithosphère rigide au-dessus de l’asthénosphère ductile

📖 5. Géotherme et transferts thermiques

🔑 Notions clés & Définitions

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

📝 Points essentiels

• Le gradient géothermique moyen observé dans la croûte par forage est d’environ 30 °C par kilomètre.

📌 Dans la lithosphère rigide, la chaleur se transmet principalement par conduction, sans déplacement de matière, et ce transfert relativement lent explique un gradient géothermique élevé.

• Au-delà d’environ 100 km de profondeur, la température dépasse 1300 °C et les péridotites du manteau deviennent plus ductiles, marquant une limite mécanique entre lithosphère rigide et asthénosphère ductile.

• Dans l’asthénosphère, la convection transfère efficacement la chaleur à grande échelle : les roches chaudes, moins denses, remontent, tandis que les roches froides, plus denses, s’enfoncent en cellules de convection.

💡 Astuce mémo

Conduction sans déplacement dans la lithosphère ; convection avec mouvements dans le manteau

📖 6. Anomalies thermiques du manteau

🔑 Notions clés & Définitions

• Tomographie sismique : Technique d’imagerie qui révèle les variations de température du manteau en analysant les vitesses des ondes sismiques par rapport au PREM.

📝 Points essentiels

📌 Dans les zones anormalement froides et rigides du manteau, les ondes sismiques sont accélérées ; les zones de subduction, où la lithosphère océanique froide plonge dans l’asthénosphère, sont des anomalies thermiques négatives.

📌 Dans les zones anormalement chaudes et moins rigides du manteau, les ondes sismiques sont ralenties ; les panaches mantelliques sont des colonnes de matière chaude remontant des profondeurs et sont souvent associés à des points chauds comme les îles Hawaï.

💡 Astuce mémo

Manteau froid et rigide → ondes accélérées ; manteau chaud et moins rigide → ondes ralenties

📊 Tableaux de synthèse

Croûtes océanique et continentale

Ondes sismiques