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Pour connaître la structure interne de la Terre quoi de plus évident que de creuser la Terre et d'observer de quoi elle est faite !
C'est ce qui a été réalisé en Russie dans la péninsule de Kola, un forage a été effectué à partir du 24 mai 1970 jusqu'en 1989 par les soviétiques. Ils ont atteints la profondeur maximale de 12,262 km alors que le rayon de la Terre est de ...6 371 km. Pas vraiment efficace comme technique !
Pour en savoir plus :
I- Observation de la surface de la Terre
I- Observation de la surface de la Terre
Pour connaître la structure interne de la planète commençons déjà par l'observer en surface :
Nasa
La Terre est une sphère constituée de continents et d’océans
Dès 1789 on connaissait déjà les altitudes des différentes zones continentales mais il faudra attendre la pose d'un câble télégraphique au milieu du XIXè siècle pour qu'on connaisse mieux l'altitude du plancher océanique.
Carte et profil des altitudes terrestres, de l'Amérique du Sud à l'Afrique
Sous les océans il existe de grands reliefs :
Des reliefs positifs (des chaînes de montagne) appelés dorsales océaniques
Des reliefs négatifs appelés fosses océaniques
L’altitude moyenne en milieu continental est de + 840 m alors qu’en milieu océanique elle est de - 3 800 m.
Des observations des roches constituant les continents et le plancher océanique ont également eu lieu.
Les 3 grands types de roches sur Terre :
Il existe 3 types de roches, on classe une roche selon son type de formation
Act 1 : la carte géologique de la France
Act 1 retrouver le type de roches.pdf
L’observation des roches de la croûte continentale montre que les roches sont très variées : roches magmatiques, roches métamorphiques et roches sédimentaires sont présentes. Les forages montrent que la roche la plus représentative est le granite.
L’observation de la faille VEMA dans l’Atlantique et de forages effectués dans le plancher océanique montrent systématiquement la même superposition de roches au niveau de la croûte océanique : on trouve de la surface vers les profondeurs du basalte en coussins, des filons de basalte et du gabbro.
Basaltes en coussin (= pillow-lavas)
Filons de basalte
Péridotite
TP 1 : étude des roches au microscope polarisant
TP 1 étude des roches V élève.pdfObserver une roche à l’œil nu apporte donc déjà des indications sur les conditions de sa formation.
On peut observer les roches au microscope. Dans ce cas il faut utiliser un dispositif particulier : un microscope polarisant qui possède un analyseur et un polariseur. En LPNA (Lumière polarisée Non analysée les minéraux ont leur couleur naturelle), en LPA (Lumière Polarisée Analysée) les minéraux prennent des teints de polarisation qui permettent de les identifier (ces couleurs sont artificielles).
En cliquant sur les liens ci-dessous vous pouvez revoir les roches comme si vous étiez en TP :
Observer les roches au microscope polarisant grâce à un site internet :
La croûte continentale est constituée en majorité de granite : de texture grenue, le granite est constitué d’un assemblage de minéraux de quartz, de feldspaths et de micas. Sa densité, lié à sa composition minéralogique est de 2.7. C’est une roche riche en silice et en potassium mais relativement pauvre en fer.
Le basalte et le gabbro qui composent la croûte océanique ont la même composition chimique : ces roches sont riches en pyroxène et en feldspath mais la structure microlitique du basalte montre que celle-ci est issue du refroidissement d’une lave en surface (texture microlithique) alors que le gabbro est le résultat du refroidissement d’un magma en profondeur (texture grenue) (cf cours enseignement scientifique). Le basalte en coussin traduit d’ailleurs le refroidissement d’une lave au contact de l’eau. La densité de ces roches est de 3.
Le plancher des océans tout comme celui des continents est recouvert en grande majorité de roches sédimentaires.
II- Explorons l’intérieur de la Terre grâce aux ondes sismiques
II- Explorons l’intérieur de la Terre grâce aux ondes sismiques
Les séismes sont des ruptures de blocs rocheux en profondeur. La cassure donne naissance à des ondes sismiques qui se propagent et font vibrer le sol, ce qui provoque les dégâts observés après un séisme.
Les ondes sismiques peuvent être enregistrées par des sismomètres, elles fournissent des sismogrammes.
Le graphique présente un sismogramme, on voit que les ondes P arrivent en 1er : ce sont les ondes les plus rapides. Les ondes S arrivent en 2ème puis les ondes de surface sont les plus lentes, elles arrivent en dernier.
Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides.
1°) Mise en évidence des discontinuités
1°) Mise en évidence des discontinuités
Act 2
La physique (lois de Snell-Descartes) nous apprend que quand les ondes sismiques rencontrent une surface séparant 2 milieux aux propriétés différentes (une discontinuité) une partie d’entre elles sont réfractées c'est-à-dire déviées de leur trajectoire.
Les ondes d’un séisme sont enregistrées sur quasiment toute la surface du globe, sauf dans une zone qu’on appelle « zone d’ombre ». La présence de cette zone d’ombre montre que les ondes sont réfractées par une discontinuité située à environ 2900 km de profondeur. Cette discontinuité est la limite entre le manteau et le noyau. La Terre est quasiment entièrement solide (des études ultérieures montreront que le noyau a une partie liquide)
Activité 2 le moho.pdfD’autres discontinuités ont été découvertes grâce aux ondes sismiques :
- La limite séparant la croûte du manteau est appelée Moho et se situe à environ 7 km sous les océans et à 30 km sous les continents.
- La limite séparant un noyau liquide d’un noyau solide à 5100 km.
2°) Déterminer la nature des roches et leurs températures grâce à la vitesse des ondes sismiques
2°) Déterminer la nature des roches et leurs températures grâce à la vitesse des ondes sismiques
TP 2
TP 2 sismo VE.pdfDes mesures de la vitesse des ondes sismiques montrent que :
* La vitesse des ondes varie fortement selon la nature des matériaux traversés par ces ondes
* La vitesse est plus rapide dans un matériau froid que dans le même matériau chaud.
Act 3
Activité 3 litho asthéno VE.pdfLa vitesse des ondes sismiques dépend du matériau traversé. Ainsi en déterminant en laboratoire la vitesse des ondes sismiques dans les différentes roches on peut déterminer les roches présentes en profondeur.
Ces études ont confirmé la nature des roches de la croûte continentale et de la croûte océanique et montre que le manteau est constitué d’une roche verte, grenue, riche en olivine : la péridotite.
De plus, une zone de ralentissement de la vitesse des ondes a été repérée à environ 100 km de profondeur, c’est la LVZ (Low Velocity Zone). Cette zone montre la présence de péridotite au comportement ductile proche de 1300°C (donc déformable) à cette profondeur alors qu’au-dessus la péridotite est plus froide et a un comportement cassant.
On appelle lithosphère la zone au comportement cassant constituée de la croûte et du manteau au-dessus de la LVZ et asthénosphère le reste du manteau.
L’étude des séismes a donc révélé un modèle de la Terre constitué de couches concentriques. Ce modèle est appelé le modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model).
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