Fiche de révision : Structures internes du globe terrestre

📋 Plan du Cours

1. Explorer l’intérieur de la Terre
2. Wegener et la dérive des continents
3. Domaines continental et océanique
4. Roches et textures terrestres
5. Couches et discontinuités terrestres
6. Séismes et ondes sismiques
7. Lithosphère et asthénosphère
8. Gradient géothermique
9. Tomographie sismique et modèle PREM
10. Dorsales et formation océanique
11. Dynamique des plaques lithosphériques

📖 1. Explorer l’intérieur de la Terre

★ À maîtriser

• Les méthodes directes comprennent :

  • les forages
  • les roches volcaniques
  • les enclaves
  • les roches accessibles en surface

• Les méthodes indirectes comprennent :

  • la sismologie
  • la tomographie sismique
  • la gravimétrie
  • l’étude du champ magnétique terrestre
  • l’étude des météorites

Compléments

• L’exploration directe de l’intérieur de la Terre est limitée par les grandes profondeurs, les températures élevées et les fortes pressions.

• Les forages prélèvent des roches en profondeur, mais n’atteignent qu’une profondeur très limitée à l’échelle terrestre.

💡 Astuce mémo

Les méthodes directes prélèvent ou observent des matériaux ; les méthodes indirectes déduisent les propriétés profondes.

📖 2. Wegener et la dérive des continents

★ À maîtriser

• Au début du XXe siècle, Alfred Wegener propose la théorie de la dérive des continents et suppose que les continents actuels proviennent de la fragmentation de la Pangée.

• Wegener ne disposait pas d’un mécanisme satisfaisant pour expliquer le déplacement des continents ; les découvertes ultérieures ont établi que ceux-ci appartiennent à des plaques lithosphériques en mouvement.

Compléments

• L’emboîtement apparent des contours de continents comme l’Afrique et l’Amérique du Sud constitue un indice géographique de leur rapprochement passé.

• Des roches et des chaînes de montagnes de même âge et de même nature sur des continents séparés constituent des indices géologiques de la dérive continentale.

• Des fossiles semblables trouvés sur des continents éloignés constituent des indices paléontologiques de la dérive continentale.

• Des traces d’anciens climats, notamment des glaciations, présentes dans des régions aujourd’hui séparées constituent des indices paléoclimatiques de la dérive continentale.

📖 3. Domaines continental et océanique

★ À maîtriser

📌 La croûte continentale mesure environ 30 à 70 km d’épaisseur, tandis que la croûte océanique mesure environ 6 à 7 km.

Compléments

📌 La densité moyenne de la croûte continentale est d’environ 2,7, tandis que celle de la croûte océanique est d’environ 2,9.

• Le granite caractérise de nombreuses régions continentales, tandis que le basalte et le gabbro sont caractéristiques de la croûte océanique.

📌 La croûte continentale peut atteindre plusieurs milliards d’années, tandis que la croûte océanique actuelle a généralement moins de 200 millions d’années.

• La répartition bimodale des altitudes désigne la présence de deux grands ensembles d’altitudes, celui des continents et celui des fonds océaniques.

• Le domaine océanique comprend la croûte océanique et le manteau supérieur situé sous celle-ci.

💡 Astuce mémo

La croûte continentale est plus épaisse et moins dense que la croûte océanique.

📖 4. Roches et textures terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Roche métamorphique : Une roche métamorphique est une roche transformée à l’état solide sous l’effet de variations de pression, de température ou de fluides, sans fusion complète.
• Granite : Roche magmatique plutonique qui refroidit lentement en profondeur et présente une texture grenue à cristaux visibles à l’œil nu.
• Gabbro : Roche magmatique plutonique fréquente dans la croûte océanique, qui refroidit lentement en profondeur, présente une texture grenue et contient notamment des plagioclases et des pyroxènes.
• Basalte : Roche magmatique volcanique fréquente dans la croûte océanique, formée par refroidissement rapide de la lave et présentant une texture microlitique.
• Péridotite : Roche caractéristique du manteau supérieur, constituée notamment d’olivine et de pyroxènes, et plus dense que les roches habituelles de la croûte.
• Roche sédimentaire : Une roche sédimentaire se forme par accumulation de sédiments puis par leur transformation, notamment par compaction et cimentation.

📝 Points essentiels

📌 La texture grenue présente des cristaux visibles et jointifs et est généralement liée à un refroidissement lent en profondeur, tandis que la texture microlitique présente de petits cristaux dans une pâte parfois vitreuse et est généralement liée à un refroidissement rapide en surface ou près de la surface.

📖 5. Couches et discontinuités terrestres

🔑 Notions clés & Définitions

• Croûte terrestre : L’enveloppe superficielle solide de la Terre, continentale ou océanique.
• Discontinuité : Une limite où certaines propriétés des matériaux changent nettement.

★ À maîtriser

• Le manteau s’étend jusqu’à environ 2 900 km de profondeur et est principalement constitué de roches solides.

📌 Le noyau externe est principalement composé de fer et de nickel liquides, tandis que le noyau interne est principalement composé de fer et de nickel solides.

Compléments

• Le Moho est la limite entre la croûte et le manteau.

• La discontinuité de Gutenberg sépare le manteau du noyau externe vers 2 900 km de profondeur.

• La discontinuité de Lehmann sépare le noyau externe du noyau interne vers 5 150 km de profondeur.

💡 Astuce mémo

En profondeur : Moho, Gutenberg, Lehmann.

📖 6. Séismes et ondes sismiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Séisme : Un séisme libère brutalement de l’énergie dans la Terre et produit des ondes sismiques.

★ À maîtriser

📌 Le foyer, ou hypocentre, est le lieu en profondeur où débute la rupture à l’origine du séisme, tandis que l’épicentre est le point de la surface situé à la verticale du foyer.

📌 Les ondes P sont des ondes de compression, les plus rapides, qui traversent les solides et les liquides, tandis que les ondes S sont des ondes de cisaillement qui traversent les solides mais pas les liquides.

• L’étude de la vitesse, de la trajectoire et du temps d’arrivée des ondes sismiques permet de déduire les caractéristiques des couches internes de la Terre.

Compléments

• Les ondes de surface se propagent le long de la surface terrestre et peuvent provoquer des dégâts importants.

• Les ondes sismiques peuvent être réfléchies, c’est-à-dire renvoyées, ou réfractées, c’est-à-dire déviées, lorsqu’elles rencontrent une limite entre deux milieux.

• Le fait que les ondes S ne traversent pas le noyau externe constitue un indice de son état liquide.

💡 Astuce mémo

Les ondes P traversent solides et liquides ; les ondes S traversent seulement les solides.

📖 7. Lithosphère et asthénosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• Lithosphère : L’enveloppe externe rigide de la Terre, composée de la croûte et d’une partie du manteau supérieur appelée manteau lithosphérique.
• Asthénosphère : Une partie du manteau supérieur située sous la lithosphère, dont les roches sont majoritairement solides mais ductiles et capables de se déformer lentement à l’échelle des temps géologiques.
• LVZ : Une zone du manteau supérieur où certaines ondes sismiques se propagent moins rapidement, diminution qui peut être liée notamment à une température élevée et aux propriétés mécaniques des matériaux.
• Isotherme : Une isotherme relie les points de même température.

★ À maîtriser

• La lithosphère est découpée en plaques qui se déplacent les unes par rapport aux autres.

Compléments

• L’isotherme de 1 300 °C sert souvent de repère pour délimiter approximativement la lithosphère et l’asthénosphère dans certains modèles, et cette limite varie selon les régions.

💡 Astuce mémo

Lithosphère rigide au-dessus ; asthénosphère solide mais ductile en dessous.

📖 8. Gradient géothermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient géothermique : La variation de la température en fonction de la profondeur, exprimable en °C/km.
• Géotherme : Courbe qui représente la température en fonction de la profondeur à l’intérieur de la Terre.
• Conduction thermique : Transfert de chaleur sans déplacement global de matière.
• Convection thermique : Transfert de chaleur associé à des mouvements de matière.
• Flux thermique : Quantité de chaleur transférée à travers une surface par unité de temps et de surface.

★ À maîtriser

📌 Le gradient géothermique décrit une variation de température avec la profondeur, tandis que le géotherme représente cette variation sous forme graphique.

• La chaleur interne terrestre provient notamment de la chaleur résiduelle de la formation de la Terre et de la désintégration d’éléments radioactifs présents dans les roches.

Compléments

📌 Un gradient géothermique fort signifie que la température augmente rapidement avec la profondeur, tandis qu’un gradient faible signifie qu’elle augmente plus lentement.

• La conduction thermique domine généralement dans la lithosphère, où le gradient géothermique est habituellement fort et le géotherme présente une pente relativement forte selon la disposition des axes.

• Dans le manteau, les matériaux chauds ont tendance à monter et les matériaux plus froids à descendre lorsque les différences de densité favorisent ces mouvements.

• Le manteau reste majoritairement solide, mais ses roches se déforment lentement.

• Dans le manteau convectif, le gradient géothermique est généralement faible et proche du gradient adiabatique.

• Le flux thermique varie selon les régions terrestres et est notamment élevé dans de nombreuses régions volcaniques et aux dorsales océaniques.

📌 Le gradient géothermique décrit la variation de température avec la profondeur, tandis que le flux thermique décrit le transfert de chaleur à travers une surface.

• La chaleur interne est transférée vers la surface et participe à la dynamique interne du globe.

💡 Astuce mémo

Conduction sans déplacement global ; convection avec mouvements de matière

📖 9. Tomographie sismique et modèle PREM

🔑 Notions clés & Définitions

• Tomographie sismique : Méthode qui permet de reconstruire des images de l’intérieur de la Terre à partir des variations de vitesse des ondes sismiques.
• PREM : Modèle de référence qui décrit notamment les variations de densité et de vitesse des ondes sismiques en fonction de la profondeur.

★ À maîtriser

📌 Une anomalie positive de vitesse correspond à des ondes qui se déplacent plus vite que dans le modèle de référence, tandis qu’une anomalie négative correspond à des ondes qui se déplacent plus lentement.

Compléments

• Dans de nombreux contextes, les zones froides présentent des vitesses sismiques plus élevées et les zones chaudes des vitesses plus faibles, mais la composition, la pression, l’état physique et d’autres propriétés des matériaux influencent aussi la vitesse.

• Le PREM sert à comparer les observations aux propriétés moyennes attendues à l’intérieur de la Terre.

📖 10. Dorsales et formation océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Solidus : Limite à partir de laquelle la fusion commence.
• Liquidus : Limite au-delà de laquelle le matériau est entièrement liquide.
• Point chaud : Région où se produit un magmatisme important, parfois loin des limites de plaques.

★ À maîtriser

• Les dorsales sont des reliefs sous-marins où les plaques s’écartent et constituent des zones majeures de formation de nouvelle lithosphère océanique.

• 🔄 La formation de roches océaniques sous une dorsale suit ces étapes : des matériaux chauds du manteau remontent, la pression diminue, la péridotite peut fondre partiellement par décompression, le magma remonte et refroidit pour former de nouvelles roches de la croûte océanique

📌 Les dorsales lentes présentent un écartement relativement lent, un apport magmatique généralement moins important et plus discontinu, et parfois une vallée axiale marquée, tandis que les dorsales rapides ont un écartement relativement rapide, un apport magmatique généralement plus important et continu, et un axe souvent plus régulièrement alimenté en magma.

📌 Le basalte refroidit rapidement et possède généralement une texture microlitique, tandis que le gabbro refroidit lentement en profondeur et possède une texture grenue.

• 🔄 En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique : se refroidit, s’épaissit, notamment par épaississement du manteau lithosphérique, devient globalement plus dense, s’enfonce progressivement par subsidence thermique

• Les inversions de polarité du champ magnétique ont laissé sur les fonds océaniques des bandes alternées, globalement symétriques de part et d’autre des dorsales, qui constituent un argument majeur en faveur de l’expansion des fonds océaniques.

Compléments

• Entre le solidus et le liquidus, le matériau est partiellement fondu.

• La fusion dépend des conditions de pression et de température ainsi que de la composition du matériau.

• Lors du refroidissement des roches magmatiques, certains minéraux enregistrent une direction liée au champ magnétique terrestre.

• Le déplacement d’une plaque au-dessus d’une source relativement durable de magmatisme peut créer un alignement de volcans d’âges différents, qui peut renseigner sur le déplacement de la plaque.

💡 Astuce mémo

Remontée → baisse de pression → fusion partielle → nouvelle croûte

📖 11. Dynamique des plaques lithosphériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Subduction : Enfoncement d’une plaque lithosphérique sous une autre plaque.

★ À maîtriser

• Le déplacement des plaques dépend notamment de : la traction exercée par une plaque plongeante en subduction, les effets gravitaires associés aux reliefs des dorsales, les mouvements du manteau

• Les trois grands types de limites de plaques sont :

  • la limite divergente, où les plaques s’écartent
  • la limite convergente, où les plaques se rapprochent et peuvent conduire à une subduction ou à une collision
  • la limite transformante, où les plaques coulissent horizontalement l’une par rapport à l’autre

Compléments

• La lithosphère océanique refroidie et suffisamment dense peut plonger dans le manteau.

• La subduction est associée à des séismes, à des transformations des roches et souvent à un volcanisme important, et elle participe au recyclage de la lithosphère océanique.

• Les mouvements aux limites des plaques sont à l’origine d’une grande partie de l’activité tectonique terrestre.

📊 Tableaux de synthèse

Domaines continental et océanique

Propriétés des ondes sismiques