Fiche de révision : SVT : la dynamique interne de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Reliefs continentaux et océaniques
2. Roches des croûtes terrestres
3. Ondes sismiques et structure terrestre
4. Modèle interne de la Terre
5. Lithosphère et asthénosphère
6. Transferts thermiques terrestres
7. Modèle thermique et tomographie
8. Frontières des plaques
9. Indices des déplacements passés
10. Mesures actuelles par GPS

📖 1. Reliefs continentaux et océaniques

★ À maîtriser

📌 Les reliefs terrestres se répartissent de façon bimodale entre des reliefs continentaux positifs et des fonds océaniques négatifs par rapport au niveau de la mer.

📌 Le contraste des reliefs s’explique par la composition et la densité des matériaux : la croûte continentale granitique est moins dense que les fonds océaniques basaltiques.

Compléments

• Les continents ont une altitude moyenne de 900 m et leurs chaînes de montagnes peuvent atteindre 8 849 m d’altitude.

• Les chaînes de montagnes se trouvent soit en bordure des continents, comme la Cordillère des Andes, soit à l’intérieur des continents, comme l’Himalaya.

• La profondeur moyenne des fonds océaniques est d’environ 4 000 m ; le schéma indique une profondeur moyenne de −3 800 m et une altitude moyenne de +840 m.

💡 Astuce mémo

Continents en relief positif, océans en relief négatif

📖 2. Roches des croûtes terrestres

★ À maîtriser

• La croûte continentale présente en surface des roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques, tandis que les granites sont ses roches les plus représentatives en profondeur.

• Le granite, entièrement cristallisé et de structure grenue, provient du refroidissement lent d’un magma et est une roche magmatique plutonique ou intrusive.

• La croûte océanique est composée de basalte et de gabbro, deux roches de même composition minéralogique, issues d’un magma de nature basaltique.

• Le basalte contient des cristaux de différentes tailles et une pâte vitreuse ; ses microlites de feldspath plagioclase ne sont visibles qu’au microscope optique, et sa structure microlitique indique un refroidissement rapide et une origine volcanique ou éruptive.

Compléments

• Le granite est principalement composé de :

  • quartz
  • feldspaths
  • micas

• Le basalte et le gabbro ont pour minéraux communs le feldspath plagioclase et le pyroxène.

• Le gabbro est entièrement cristallisé et grenue, avec des cristaux jointifs visibles à l’œil nu, ce qui indique un refroidissement lent et une origine magmatique plutonique ou intrusive.

💡 Astuce mémo

Refroidissement lent : structure grenue ; rapide : structure microlitique

📖 3. Ondes sismiques et structure terrestre

★ À maîtriser

• Un séisme résulte de la libération d’énergie lors de la rupture de roches soumises à des contraintes et déclenche la propagation d’ondes sismiques depuis son hypocentre, ou foyer sismique.

📌 Les ondes P, dites primaires, se propagent dans les solides et les fluides, tandis que les ondes S, dites secondaires, ne se propagent que dans les solides et sont plus lentes que les ondes P.

📌 La vitesse des ondes sismiques dépend de la densité, de la rigidité et de l’état physique des matériaux traversés ; elle augmente avec la densité et la rigidité.

Compléments

• La vitesse moyenne des ondes sismiques augmente avec la profondeur, ce qui indique que les matériaux rencontrés sont de plus en plus denses.

📌 Les ondes sismiques se propagent en ligne droite dans un milieu homogène et sont réfléchies ou réfractées lorsqu’elles rencontrent une discontinuité physique.

• L’étude de la propagation des ondes sismiques permet de déterminer les discontinuités internes de la Terre, ainsi que la densité et l’état physique des matériaux traversés.

💡 Astuce mémo

P passe partout ; S seulement dans les solides

📖 4. Modèle interne de la Terre

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle PREM : Modèle sismique, ou modèle radial, qui décrit la structure interne de la Terre en fonction de la profondeur.

★ À maîtriser

• La Terre comprend trois enveloppes internes concentriques :

  • la croûte
  • le manteau
  • le noyau

• La croûte continentale occupe les 30 premiers kilomètres sous les continents et peut atteindre 70 km sous les chaînes de montagnes, tandis que la croûte océanique a une épaisseur moyenne de 5 à 7 km.

• Le manteau est composé de péridotites ; son manteau supérieur s’étend du Moho à environ 700 km de profondeur et son manteau inférieur va d’environ 700 km à la discontinuité de Gutenberg, située à 2 900 km.

📌 Le noyau externe est la seule enveloppe interne terrestre à l’état liquide ; les autres enveloppes sont solides.

Compléments

• La discontinuité de Mohorovicic, ou Moho, sépare la croûte du manteau supérieur.

• La discontinuité de Gutenberg sépare le manteau inférieur du noyau.

• La discontinuité de Lehman sépare le noyau externe du noyau interne.

• Le noyau est composé essentiellement de fer à 80 % et de nickel à 20 % ; son noyau externe s’étend de 2 900 à 5 100 km et son noyau interne de 5 100 km jusqu’au centre de la Terre, vers 6 370 km.

💡 Astuce mémo

Croûte → manteau → noyau, séparés par Moho, Gutenberg et Lehman

📖 5. Lithosphère et asthénosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Asthénosphère : Zone moins rigide du manteau supérieur, située environ entre 100 et 300 km de profondeur, au comportement mécanique ductile.
• Lithosphère : Ensemble rigide formé par la croûte terrestre et la partie la plus superficielle du manteau supérieur, appelée manteau lithosphérique, au comportement mécanique cassant.

📝 Points essentiels

• La limite entre lithosphère et asthénosphère est une limite thermique correspondant à l’isotherme de 1 300 °C.

• L’épaisseur de la lithosphère continentale peut atteindre 200 km, tandis que celle de la lithosphère océanique varie de 5 à 7 km à 100 km.

💡 Astuce mémo

Lithosphère cassante au-dessus, asthénosphère ductile en dessous.

📖 6. Transferts thermiques terrestres

★ À maîtriser

📌 La conduction transfère la chaleur de proche en proche sans déplacement de matière, tandis que la convection transfère la chaleur par déplacement de matériaux dont la température varie peu.

• La convection entraîne une circulation de matière en cellules : les matériaux chauds, moins denses, s’élèvent, tandis que les matériaux froids, plus denses, descendent.

Compléments

• Dans la croûte, le gradient géothermique associé à la conduction peut atteindre 30 °C/km.

• Le gradient géothermique associé à la convection peut être très faible, par exemple 0,3 °C/km.

• L’efficacité du transfert par conduction dépend de la conductivité du matériau, tandis que la convection est un transfert d’énergie très efficace.

💡 Astuce mémo

Conduction sans matière, convection avec déplacement de matière.

📖 7. Modèle thermique et tomographie

★ À maîtriser

• Dans le modèle thermique terrestre, la convection lente du manteau provoque des remontées et des descentes asthénosphériques qui entraînent la dynamique lithosphérique et des manifestations en surface.

• L’énergie interne de la Terre est transférée efficacement vers la surface par convection dans le manteau, puis dissipée par conduction à travers la lithosphère.

• La tomographie sismique compare les vitesses de propagation des ondes enregistrées par des stations en surface : un retard indique la traversée d’une zone plus chaude et moins dense, tandis qu’une accélération indique une zone plus froide et plus dense.

Compléments

• Les cellules de convection mantellique sont repérables par tomographie sismique.

• La lithosphère et l’interface entre le manteau inférieur et le noyau externe sont des couches où le transfert thermique s’effectue par conduction.

• Les anomalies de vitesse observées en tomographie sismique révèlent des hétérogénéités thermiques latérales au sein du manteau.

💡 Astuce mémo

Convection mantellique → mouvement des plaques → manifestations de surface.

📖 8. Frontières des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Flux géothermique : Dissipation en surface de la chaleur interne du globe, mesurée en W/m².

★ À maîtriser

• Les dorsales sont des frontières divergentes caractérisées par un fort flux géothermique lié au magmatisme et une sismicité superficielle, à moins de 35 km, de faible magnitude.

• Les chaînes de montagnes et les fosses océaniques sont des frontières convergentes.

Compléments

• Les plaques lithosphériques rigides sont séparées par des zones étroites, accidentées et sismiques, qui entourent des zones peu ou pas sismiques.

• Dans les fosses océaniques, les foyers sismiques s’alignent sur le plan de la plaque plongeante jusqu’à 700 km de profondeur et peuvent atteindre une magnitude très élevée.

• Au niveau des zones de subduction, le flux géothermique est fort près de l’arc volcanique et faible en amont, en lien avec le plongement d’une plaque lithosphérique froide.

💡 Astuce mémo

Dorsales divergentes ; subduction et collision convergentes.

📖 9. Indices des déplacements passés

★ À maîtriser

• L’âge des sédiments en contact avec le basalte augmente régulièrement à mesure que l’on s’éloigne de la dorsale.

• Les fonds océaniques présentent des bandes parallèles d’anomalies magnétiques positives et négatives, réparties symétriquement de part et d’autre de la dorsale.

• L’origine des alignements volcaniques est un point chaud fixe d’origine mantellique, dont le mouvement de convection est indépendant du mouvement des plaques en surface.

• Le déplacement d’une plaque au-dessus d’un point chaud fixe produit une succession d’îles volcaniques dont l’orientation et l’âge permettent de reconstituer la direction et la vitesse du déplacement de la plaque.

Compléments

• Les forages océaniques, réalisés jusqu’à 4 000 m de profondeur, ont fourni des carottes de sédiments longues de 500 à 1 000 m dont l’âge a été déterminé par l’étude des microfossiles.

• Les vitesses d’expansion déduites de l’âge des sédiments concordent avec celles déduites des anomalies magnétiques dans les océans.

• Les basaltes de la croûte océanique enregistrent le champ magnétique terrestre au moment de leur mise en place.

• La comparaison des bandes magnétiques avec les inversions du champ magnétique terrestre permet de calculer la vitesse d’expansion océanique et celle du déplacement d’une plaque.

• Les points chauds produisent un volcanisme intraplaque océanique ou continental ; en milieu océanique, ils peuvent former des alignements d’îles volcaniques dont seule la plus récente est active.

📖 10. Mesures actuelles par GPS

★ À maîtriser

• Un réseau de stations GPS permanentes enregistre continuellement leurs coordonnées géographiques ; le traitement de ces données permet de déterminer la direction et la vitesse du déplacement des plaques.

Compléments

• Les GPS de mesure scientifique ont une précision de quelques millimètres.

📊 Tableaux de synthèse

Conduction et convection