Fiche de révision : Structure interne et tectonique terrestre

📋 Plan du Cours

1. Structure interne de la Terre : enveloppes, composition et discontinuités majeures
2. Origine et caractéristiques du champ magnétique terrestre liées au noyau
3. Classification et cycle des roches terrestres : sédimentaires, magmatiques et métamorphiques
4. Propagation des ondes sismiques et modélisation PREM de la structure interne terrestre
5. Terminologie sismologique et rôle des ondes sismiques dans la connaissance du globe
6. Discontinuités de Gutenberg, Lehmann et Mohorovicic et leurs implications sur la structure terrestre
7. Topographie océanique et continentale : reliefs, lithosphère et composition des croûtes
8. Datation des sédiments océaniques et modèle de formation du plancher océanique aux dorsales
9. Mesures géodésiques spatiales (GPS) et confirmation du modèle de la tectonique des plaques
10. Mobilité de la lithosphère, types de limites de plaques et propriétés des ondes sismiques
11. Théorie de la dérive des continents et mise en évidence de la divergence au niveau des dorsales par paléomagnétisme

📖 1. Structure interne de la Terre : enveloppes, composition et discontinuités majeures

🔑 Notions clés & Définitions

• Manteau supérieur : LOE = CO (O + GB) sediments -> LC océan CC Moho ML Isotherme 1200° limite de la lithosphère manteau
• Noyau externe : LOE = CO (O + GB) sediments -> LC océan CC Moho ML Isotherme 1200° limite de la lithosphère manteau
• Noyau interne -> solide : LOE = CO (O + GB) sediments -> LC océan CC Moho ML Isotherme 1200° limite de la lithosphère manteau

📝 Points essentiels

• La lithosphère est rigide et solide, composée de la croûte et du manteau lithosphérique, fragmentée en plaques tectoniques.
• Le manteau supérieur est solide et comprend la lithosphère et l'asthénosphère, zone ductile sous-jacente.
• La discontinuité de Gutenberg à 2900 km marque la transition entre le manteau solide et le noyau externe liquide.
• Le noyau externe est liquide, composé principalement de fer et nickel, et bloque la propagation des ondes S.
• Le noyau interne est solide, constitué de fer et nickel, séparé du noyau externe par la discontinuité de Lehmann à environ 5100 km de profondeur.
• On passe du manteau qui est solide au noyau externe On constate qu'après 2900 km et 5020 km de prof, les ondes S ne se propagent plus, le noyau externe est liquide Inge Lehman a mis en évidence une discontinuité à 5100 km de profondeur (= discontinuité de Lehman) C'est le passage du noyau externe liquide au noyau interne solide THÈME 2 La dynamique interne de la Terre La lithosphère est mobile alors que la terre est solide jusqu’à 2900 km de prof.
• La baisse brutale à 2900 km correspond à un changement de matériaux. On passe du manteau qui est solide au noyau externe

💡 À retenir

La Terre est structurée en enveloppes concentriques distinctes par leur composition et leur état physique, séparées par des discontinuités majeures telles que celles de Gutenberg et de Lehmann.

📖 2. Origine et caractéristiques du champ magnétique terrestre liées au noyau

🔑 Notions clés & Définitions

• Champ magnétique terrestre : La conséquence de courants électriques profonds, c’est-à-dire d’écoulements de matière ionisée dans le noyau terrestre.

📝 Points essentiels

• Le champ magnétique terrestre est polarisé avec des pôles magnétiques Nord et Sud qui ne coïncident pas avec les pôles géographiques, créant un angle de déclinaison.
• Les pôles magnétiques terrestres sont en mouvement constant, avec des vitesses de déplacement mesurées à 15 km/an en 1990 et 55 km/an en 2007.
• L’axe magnétique terrestre, défini par les pôles magnétiques Nord et Sud, fait un angle de 11,5° avec l’axe de rotation de la Terre.
• • la déclinaison, angle de la composante horizontale du vecteur avec la direction du Nord géographique.

💡 À retenir

Le champ magnétique terrestre est une manifestation dynamique du noyau externe liquide, reflétant des processus internes complexes et variables.

📖 3. Classification et cycle des roches terrestres : sédimentaires, magmatiques et métamorphiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Les roches métamorphiques : Roches de nature (sedi, volca, plutonique...) qui on été soumis à pression / température élevé, ceci a entrainé des transformation minérale logique et de la structure de ses roches.
• Roches sédimentaires : Roches résultant de phénomènes physiques (transport et accumulation), chimiques (concentration) ou biologiques (construction), formées par l'accumulation et la concentration de débris ou substances en surface ou en milieu aquatique.
• Roches magmatiques volcaniques : Roches formées par la cristallisation rapide de lave en surface, comme le basalte, résultant du refroidissement immédiat de la lave émise par un volcan.
• Roches magmatiques plutoniques : Roches formées par la cristallisation lente du magma en profondeur, telles que le granite et le gabbro, résultant du refroidissement du magma qui n'a pas atteint la surface.

📝 Points essentiels

• Les roches sédimentaires résultent de phénomènes physiques, chimiques ou biologiques d'accumulation et de concentration.
• Les roches magmatiques volcaniques se forment par cristallisation rapide de lave en surface, comme le basalte.
• Les roches magmatiques plutoniques se forment par cristallisation lente du magma en profondeur, comme le granite et le gabbro.
• Les roches métamorphiques proviennent de la transformation de roches sédimentaires ou magmatiques sous haute pression et température.
• Le cycle des roches décrit la formation, transformation et destruction des roches au cours des temps géologiques.

• Les roches magmatiques

• Les roches se forment et sont détruites au cours des temps géologiques en un cycle que l'on appelle le cycle des roches.

💡 À retenir

Les roches sédimentaires résultent de phénomènes physiques, chimiques ou biologiques d'accumulation et de concentration.

📖 4. Propagation des ondes sismiques et modélisation PREM de la structure interne terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model) : Modèle sphérique de la Terre publié en 1981, basé sur l'évolution de la vitesse des ondes sismiques jusqu'au centre, permettant de décrire la variation de la vitesse et de la masse volumique en fonction de la profondeur.
• Vitesse de propagation des ondes sismiques : Vitesse à laquelle se déplacent les ondes sismiques dans la Terre, dépendant de la rigidité, de la densité et de la composition des matériaux traversés.

📝 Points essentiels

• Les ondes P sont des ondes de compression rapides qui se propagent dans tous les milieux solides et liquides.
• Les ondes S sont des ondes de cisaillement plus lentes, ne se propageant que dans les milieux solides.
• Le modèle PREM décrit la variation des vitesses des ondes sismiques et la densité en fonction de la profondeur, permettant de modéliser la structure interne de la Terre.
• Les variations brutales de vitesse des ondes sismiques indiquent des discontinuités dans la composition et l'état des matériaux terrestres.
• L'analyse des vitesses des ondes sismiques permet de déduire la pression et la densité des matériaux en profondeur.

💡 À retenir

L'étude des ondes sismiques et leur modélisation permettent de révéler la structure physique et chimique interne de la Terre.

📖 5. Terminologie sismologique et rôle des ondes sismiques dans la connaissance du globe

🔑 Notions clés & Définitions

• Séisme : Mouvement des roches perçu en surface sous forme de vibrations, causé par la propagation d'ondes sismiques dans les matériaux solides principalement de la lithosphère.
• Sismogramme : Courbe représentant les mouvements verticaux et horizontaux du sol en fonction du temps, traduisant la propagation des ondes sismiques.
• Sismographe : Appareil permettant d'enregistrer les ondes sismiques sous forme graphique, en mesurant les mouvements du sol.

📝 Points essentiels

• Le foyer est le point d'origine du séisme, souvent en profondeur, où se produit la rupture des roches suite à des mouvements.
• Le sismographe enregistre les ondes sismiques sous forme d'un graphique, permettant d'étudier leur propagation.
• Le sismogramme est la courbe représentant les mouvements du sol en fonction du temps, traduisant la présence et la nature des ondes sismiques.

💡 À retenir

La terminologie sismologique, comprenant séisme, foyer, épicentre, sismographe et sismogramme, est essentielle pour comprendre comment les ondes sismiques permettent d'étudier la structure interne de la Terre.

📖 6. Discontinuités de Gutenberg, Lehmann et Mohorovicic et leurs implications sur la structure terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité de Mohorovicic : frontière située entre la croûte terrestre et le manteau, caractérisée par une augmentation soudaine de la vitesse des ondes P due à une hausse de rigidité et de densité.

• Discontinuité de Gutenberg : limite située à environ 2900 km de profondeur, séparant le manteau solide du noyau externe liquide, et bloquant la transmission des ondes S.

• Discontinuité de Lehmann : frontière profonde vers 5100 km, séparant le noyau externe liquide du noyau interne solide, permettant la réapparition des ondes S dans la zone interne.

📝 Points essentiels

• La discontinuité de Mohorovicic, aussi appelée Moho, marque la transition entre la croûte et le manteau. Elle se manifeste par une accélération des ondes P, qui deviennent plus rapides en pénétrant dans le manteau, en raison de l’augmentation de la rigidité et de la densité de cette couche. La profondeur du Moho varie selon la localisation : environ 30 km sous les continents, 10 km sous les océans, et elle est plus profonde sous les zones montagneuses.

• La discontinuité de Gutenberg, située vers 2900 km de profondeur, correspond à la transition entre le manteau solide et le noyau externe liquide. Elle se caractérise par un blocage des ondes S, qui ne peuvent pas se propager dans un milieu liquide, ce qui permet de la distinguer clairement dans l’analyse sismologique. La vitesse des ondes P diminue à cette profondeur, indiquant un changement de l’état physique de la matière.

• La discontinuité de Lehmann, vers 5100 km de profondeur, sépare le noyau externe liquide du noyau interne solide. La réapparition des ondes S à cette profondeur témoigne de la solidité du noyau interne, qui permet leur propagation. La présence de cette discontinuité est essentielle pour comprendre la composition et la structure interne de la Terre, notamment la différenciation entre les différentes couches du noyau.

• Ces discontinuités sont fondamentales pour la compréhension de la composition et de l’état physique des différentes couches terrestres. Elles révèlent des frontières majeures dans la structure interne, permettant d’établir un modèle précis de la stratification de la Terre.

💡 À retenir

Les discontinuités majeures, révélées par la sismologie, constituent des frontières clés qui définissent la structure interne complexe de la Terre, en séparant ses différentes couches solides et liquides.

📖 7. Topographie océanique et continentale : reliefs, lithosphère et composition des croûtes

🔑 Notions clés & Définitions

• Plateau continental : Relief continental caractérisé par une plaine dont l'altitude est comprise entre 0 et 100 mètres, représentant la partie submergée du continent avant la pente vers les profondeurs océaniques.
• Plaine abyssale : Relief océanique situé à une profondeur moyenne d'environ 4500 mètres, formant la majeure partie du plancher océanique et caractérisé par une surface relativement plane.

📝 Points essentiels

• La surface terrestre se divise en reliefs continentaux (plateau continental et talus continental) et océaniques (plaine abyssale, dorsales).
• La croûte continentale est principalement composée de roches magmatiques plutoniques (granites) et métamorphiques, qui sont plus légères que celles de la croûte océanique.
• La discontinuité de Moho sépare la croûte du manteau, avec une profondeur d'environ 30 km sous la croûte continentale et environ 10 km sous la croûte océanique.
• → Lithosphère océanique (L.O) = croûte océanique (CO) + manteau lithosphérique (M.L)
• Le moho a une profondeur qui dépend de l'épaisseur de la croûte. Il y a 2 profondeurs caractéristiques qui montre qu'il y a 2 types de croûte :
• croûte continentale (moho a une profondeur d'environ 30 Km) mais il est bcp + profond au niv des montagnes, croûte + épaisse
• croûte océanique, profondeur ~ 10 km aux niv des océans, elle est bcp + fine que la continentale

💡 À retenir

La topographie et la composition des croûtes continentale et océanique reflètent leur formation et leur rôle dans la dynamique terrestre, avec une croûte continentale plus épaisse et composée de roches légères, et une croûte océanique plus fine et basaltique.

📖 8. Datation des sédiments océaniques et modèle de formation du plancher océanique aux dorsales

🔑 Notions clés & Définitions

• Anomalies magnétiques : Variations alternées du champ magnétique terrestre enregistrées dans la croûte océanique, reflétant les inversions du champ magnétique au cours du temps.
• Plancher océanique : Couche de faible épaisseur constituée de roches magmatiques formée au fond des océans, principalement composée de basalte issu du refroidissement de la lave au niveau des dorsales.
• Sédiments au contact : > Dessinez les types de sédiments au contact du basalte (profil de carottage)

📝 Points essentiels

• L'âge des sédiments océaniques augmente avec la distance à la dorsale, indiquant une formation progressive du plancher océanique.
• Les anomalies magnétiques positives et négatives enregistrées sur le plancher océanique traduisent les inversions du champ magnétique terrestre au cours du temps.
• Le basalte en coussin se forme par refroidissement rapide de la lave au contact de l'eau au niveau des dorsales.
• Les campagnes de forage sous-marin permettent de reconstituer l'histoire de la sédimentation et la dynamique des dorsales.
• Les campagnes de forage sous-marin mettent en évidence que l'âge des sédiments au contact des basaltes du plancher océanique ↑↓ sur la mesure que l'on s'éloigne de chaque côté de la dorsale

💡 À retenir

L'âge des sédiments océaniques augmente avec la distance à la dorsale, indiquant une formation progressive du plancher océanique.

📖 9. Mesures géodésiques spatiales (GPS) et confirmation du modèle de la tectonique des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Géodésie spatiale : Technique de mesure de la position précise d’un point à la surface de la Terre à partir de satellites, utilisant des méthodes telles que DORIS, SLR ou GPS.
• Vitesse de déplacement : Taux de variation de la position d’une station GPS en latitude ou longitude, exprimé en cm par an, calculé en divisant la variation de position par l’intervalle de temps correspondant.
• Station PAMA : Station GPS dont les mesures de latitude et longitude ont été analysées pour déterminer un déplacement vers le nord-ouest à environ 3 cm par an, confirmant la mobilité des plaques tectoniques.

📝 Points essentiels

• La géodésie spatiale utilise des satellites pour mesurer précisément la position et le déplacement des points à la surface terrestre.
• Les mesures GPS montrent des vitesses de déplacement des plaques tectoniques, confirmant leur mobilité.
• La station GPS PAMA a enregistré des variations de latitude et longitude traduisant un déplacement vers le nord-ouest à environ 3 cm/an.
• Un réseau mondial de stations GPS permet de cartographier les mouvements des plaques tectoniques en temps réel.
• Ces données confirment le modèle de la tectonique des plaques et la mobilité de la lithosphère.
• Problème : en quoi les données de la géodésie spatiale confirment-elles le modèle de la tectonique des plaques ?
• En considérant, le repère géographique utilisé dans la base de données GPS, - une latitude croissante correspond à un déplacement vers le Nord, - une longitude croissante à un déplacement vers l’Est.

💡 À retenir

Les mesures GPS spatiales fournissent des preuves directes et quantitatives du mouvement des plaques tectoniques.

📖 10. Mobilité de la lithosphère, types de limites de plaques et propriétés des ondes sismiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Limites divergentes : La LC et la LO forment la lithosphère terrestre
• Limites convergentes : Zones où les plaques tectoniques entrent en contact, comprenant des zones de subduction et des zones de collision.
• Limites coulissantes : Zones où les plaques tectoniques glissent latéralement les unes par rapport aux autres en surface.

📝 Points essentiels

• La lithosphère est rigide mais mobile, fragmentée en plaques tectoniques qui se déplacent à la surface terrestre.
• Les limites coulissantes sont des zones où les plaques glissent latéralement l’une par rapport à l’autre.
• La Low Velocity Zone (LVZ) est une couche ductile dans le manteau supérieur sous la lithosphère, permettant les mouvements de la lithosphère rigide.

💡 À retenir

La mobilité de la lithosphère et la nature des limites de plaques expliquent la dynamique tectonique et les phénomènes sismiques associés.

📖 11. Théorie de la dérive des continents et mise en évidence de la divergence au niveau des dorsales par paléomagnétisme

🔑 Notions clés & Définitions

• Théorie de la dérive des continents : Modèle géologique selon lequel les continents étaient réunis en un supercontinent appelé la Pangée il y a plus de 250 millions d'années, puis se sont lentement éloignés les uns des autres, formant des océans comme l'Atlantique entre l'Amérique du Sud et l'Afrique.
• Paléomagnétisme : Méthode géophysique qui étudie les enregistrements des inversions du champ magnétique terrestre conservés dans les roches, permettant de détecter la divergence des plaques tectoniques au niveau des dorsales.
• Divergence au niveau des dorsales : Phénomène géologique caractérisé par l'écartement des plaques tectoniques au niveau des dorsales, entraînant la création continue de nouvelle lithosphère océanique.

📝 Points essentiels

• La théorie de la dérive des continents propose que les continents étaient réunis en un supercontinent appelé Pangée il y a plus de 250 millions d'années.
• Le paléomagnétisme permet de détecter les inversions du champ magnétique terrestre enregistrées dans les roches, révélant la divergence des plaques aux dorsales.
• La divergence au niveau des dorsales est un processus de création de nouvelle lithosphère océanique, confirmant la dérive des continents.
• Les anomalies magnétiques symétriques de part et d'autre des dorsales sont une preuve clé de ce processus.
• La conséquence de sa théorie, au niveau des dorsales il doit y avoir un processus de création d’une lithosphère océanique
• Ceci implique que les continents se sont écartés les uns des autres, très lentement. Le continent sud Américain & Africain se sont écartés et donc formé d’un océan entre les deux.

💡 À retenir

Le paléomagnétisme a permis de valider la dérive des continents en montrant la création continue de lithosphère océanique aux dorsales.

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des discontinuités majeures

Types de roches et leur formation

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre discontinuités de Gutenberg et Lehmann, qui se situent à différentes profondeurs et ont des implications différentes.
2. Mélanger la composition de la croûte continentale et océanique, notamment leur épaisseur et leur composition minérale.
3. Confusion entre la lithosphère rigide et la zone ductile de l'asthénosphère.
4. Confusion entre la formation des roches magmatiques volcaniques et plutoniques.
5. Mésestimer la profondeur du Moho en fonction de la localisation géographique.
6. Confusion entre la propagation des ondes S dans le noyau liquide et solide.
7. Mésestimer la différence entre la topographie océanique et continentale.

✅ Checklist Examen

1. Identifier la profondeur de la discontinuité de Mohorovicic (Moho).
2. Expliquer la différence entre la croûte continentale et océanique.
3. Décrire la discontinuité de Gutenberg et ses implications pour la propagation des ondes S.
4. Connaître la profondeur de la discontinuité de Lehmann et sa signification.
5. Comprendre la formation des roches sédimentaires, magmatiques et métamorphiques.
6. Expliquer le modèle PREM et son utilité.
7. Identifier les principales caractéristiques des reliefs océaniques et continentaux.
8. Comprendre le principe de la dérive des continents et la preuve par paléomagnétisme.
9. Savoir comment les anomalies magnétiques enregistrent l'histoire géologique.
10. Expliquer la divergence des plaques au niveau des dorsales.
11. Connaître la composition et la formation de la lithosphère océanique.
12. Identifier les limites de plaques et leur relation avec la sismologie.