Fiche de révision : Structure interne du globe

📋 Plan du Cours

1. Séismes et propagation des ondes
2. Trajectoires et vitesses sismiques
3. Discontinuité de Gutenberg
4. Moho et ondes crustales
5. Modèle PREM et enveloppes terrestres
6. Lithosphère et asthénosphère

📖 1. Séismes et propagation des ondes

🔑 Notions clés & Définitions

• Séisme : Libération brutale d’énergie lors de la rupture de roches soumises à de fortes contraintes.
• Magnitude : Quantité d’énergie libérée au foyer d’un séisme, mesurée grâce à l’échelle de Richter.
• Foyer : Lieu où se produit la rupture des roches à l’origine du séisme.

★ À maîtriser

• Les ondes P sont les ondes de volume les plus rapides et se propagent dans les solides et les fluides.

Compléments

• Les ondes de surface ne se propagent que dans les couches superficielles du globe ; elles sont les moins rapides mais les plus destructrices.

💡 Astuce mémo

P passe dans les fluides, S s’arrête ; les ondes de surface détruisent.

📖 2. Trajectoires et vitesses sismiques

★ À maîtriser

• Les ondes sismiques sont des ondes mécaniques qui nécessitent de la matière pour se propager.

• Lorsqu’elles changent de milieu de propagation, les ondes sismiques se réfléchissent et se réfractent, comme les rayons lumineux.

• L’étude des trajectoires et des vitesses des ondes sismiques de volume permet de déduire des aspects de la structure interne du globe.

Compléments

📌 Dans le modèle de propagation présenté, si la distance parcourue dans le second milieu est supérieure à celle dans le premier, alors la vitesse dans le second milieu est supérieure à celle dans le premier.

• Le rayon de la Terre est de 6 400 km, tandis que le forage le plus profond atteint 12 262 m ; la structure interne du globe est donc connue indirectement.

📖 3. Discontinuité de Gutenberg

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité de Gutenberg : Limite physique entre le manteau et le noyau, située à 2 900 km de profondeur.

• Discontinuité de Lehmann : Lehmann, 1936 - Située vers 5 100 km de profondeur, elle sépare le noyau de la graine.

★ À maîtriser

• Les ondes P émises par un séisme sont enregistrées normalement jusqu’à une distance épicentrale de 104°, ne sont plus observées entre 104° et 142°, puis réapparaissent à 142°.

• Gutenberg explique la zone d’ombre des ondes P par leur réfraction à une discontinuité où leur vitesse chute brutalement. - Beno Gutenberg, 1912

• Les ondes S traversent le manteau mais ne sont plus enregistrées au-delà de la zone d’ombre, ce qui indique qu’elles rencontrent le noyau fluide.

Compléments

• Le manteau représente 84 % du volume de la Terre.

💡 Astuce mémo

La réfraction des ondes P crée une zone d’ombre entre 104° et 142°.

📖 4. Moho et ondes crustales

🔑 Notions clés & Définitions

• Moho : Discontinuité physique entre la croûte et le manteau.

★ À maîtriser

📌 Les ondes Pg suivent un trajet direct, tandis que les ondes Pn sont réfractées au Moho et se propagent plus rapidement ; à distance suffisante, elles peuvent arriver avant les Pg.

Compléments

• Mohorovicic observe en 1909 deux trains successifs d’ondes P et deux trains successifs d’ondes S sur des sismogrammes. - Andrija Mohorovicic

• À l’incidence limite, l’angle de réfraction atteint 90° et l’onde réfractée se propage parallèlement à la surface de discontinuité.

📐 Formule - La vitesse se calcule par $v = \frac{d}{t}$, où d est la distance parcourue et t le temps de propagation.

• La vitesse moyenne des ondes Pg calculée pour les deux stations de Savoie est de 5,79 km·s⁻¹.

💡 Astuce mémo

Pg direct, puis Pn réfractée qui accélère et peut dépasser Pg.

📖 5. Modèle PREM et enveloppes terrestres

★ À maîtriser

• Les variations brusques de vitesse des ondes sismiques sont interprétées comme des changements de roches, tandis que les variations lentes indiquent des changements d’état physique.

Compléments

• PREM signifie Preliminary Reference Earth Model et représente un modèle de la structure interne de la Terre.

• L’épaisseur moyenne de la croûte continentale est de 30 km et celle de la croûte océanique de 6 km.

• À 410 km de profondeur, l’olivine α devient de l’olivine β.

• À 670 km de profondeur, l’olivine γ se dissocie en pérovskite et magnétowüstite.

📖 6. Lithosphère et asthénosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• LVZ : Partie du manteau où les ondes P et S ralentissent et se propagent moins facilement ; elle correspond à la partie supérieure de l’asthénosphère.
• Lithosphère : Constituée de la croûte et d’une partie du manteau supérieur ; son épaisseur indiquée varie de 0 à 130 km sous les continents et de 0 à 10 km sous les océans.
• Asthénosphère : Constituée du reste du manteau supérieur, où les péridotites sont ductiles ; sa limite inférieure se situe entre 670 et 700 km de profondeur.

★ À maîtriser

• La limite entre lithosphère et asthénosphère correspond à l’isotherme 1 300 °C, température à laquelle les péridotites du manteau commencent à changer d’état.

• Dans la distinction lithosphère-asthénosphère, le manteau reste solide, mais il est rigide dans la lithosphère et ductile dans l’asthénosphère.

Compléments

• Le manteau inférieur s’étend de 670 à 2 900 km de profondeur.

💡 Astuce mémo

Lithosphère rigide au-dessus, asthénosphère ductile en dessous.

📊 Tableaux de synthèse

Ondes sismiques