Hoja de repaso: Structure interne de la Terre et tectonique

📋 Plan du Cours

1. Terre rocheuse et formation de la croûte
2. Deux domaines de croûte terrestre
3. Croûte continentale : relief, épaisseur et roches
4. Croûte océanique : relief, épaisseur et roches
5. Ondes sismiques et détermination des couches
6. Discontinuités majeures du globe terrestre
7. LVZ et séparation lithosphère asthénosphère
8. Notion de plaque lithosphérique et limites
9. Dérive des continents et modèle des plaques

📖 1. Terre rocheuse et formation de la croûte

🔑 Notions clés & Définitions

• Terre rocheuse : Planète constituée surtout de roches, avec une atmosphère très faible par rapport à l’ensemble de la planète.
• Accrétion des matières stellaires : Processus de formation des planètes par rassemblement de matière issue de la nébuleuse.
• Refroidissement rapide : Étape précoce où la surface se solidifie en se refroidissant, conduisant à l’apparition d’une croûte.
• Croûte terrestre : Couche superficielle de la Terre, formée après la solidification de la surface.
• Dégazage : Mise en place de l’atmosphère par libération de gaz, considérée comme une couche distincte.

📝 Points essentiels

• L’atmosphère a une épaisseur estimée entre 400 et 700 km, tandis que le rayon terrestre est d’environ 6400 km.
• La Terre s’est formée avec les autres planètes par accrétion, il y a environ 4,57 Ga.
• La croûte apparaît très rapidement après la formation grâce au refroidissement de la surface.
• La composition de la croûte originelle n’est pas connue, mais elle serait probablement de type océanique.
• Aujourd’hui, on observe deux domaines de croûte : continental et océanique.
• La croûte actuelle est la couche la plus superficielle parmi les couches concentriques de la Terre.

💡 Astuce mémo

Croûte = surface qui durcit : refroidissement après accrétion (4,57 Ga).

📖 2. Deux domaines de croûte terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Domaine continental : Zone de croûte terrestre caractérisée par une altitude en moyenne élevée et une épaisseur importante.
• Domaine océanique : Zone de croûte terrestre caractérisée par une altitude en moyenne basse et une épaisseur faible.
• Origine différente : Idée selon laquelle les deux domaines de croûte ne proviennent pas du même type de croûte initiale.
• Altitude moyenne : Position verticale de la croûte par rapport au niveau de la mer, utilisée pour comparer les deux domaines.
• Épaisseur de la croûte : Distance verticale de la croûte, différente entre domaine continental et domaine océanique.

📝 Points essentiels

• Le domaine continental est en moyenne plus haut que le niveau de la mer, avec environ +300 m.
• Le domaine océanique est en moyenne plus bas, avec environ -4500 m.
• L’épaisseur continentale est en général d’environ 30 km.
• L’épaisseur continentale peut atteindre 50 à 60 km au niveau des montagnes.
• L’épaisseur océanique est d’environ 6 à 7 km.
• La comparaison des reliefs et de l’épaisseur sert d’argument en faveur de deux croûtes d’origine différente.

💡 Astuce mémo

Continental : haut et épais (+300 m, ~30 km) ; Océanique : bas et mince (-4500 m, 6–7 km).

📖 3. Croûte continentale : relief, épaisseur et roches

🔑 Notions clés & Définitions

• Croûte continentale : Croûte caractérisée par des roches variées, une épaisseur généralement grande et des reliefs élevés.
• Roches sédimentaires : Roches présentes en surface, recouvrant au moins en partie les autres roches continentales.
• Roches métamorphiques : Roches formées en profondeur sous l’effet de transformations, présentes dans la croûte continentale.
• Gneiss : Exemple de roche métamorphique cité pour la croûte continentale.
• Granite : Roche magmatique plutonique très abondante dans la croûte continentale.

📝 Points essentiels

• En surface, la croûte continentale contient des roches sédimentaires comme le calcaire et les marnes.
• En profondeur, on trouve des roches métamorphiques comme le gneiss et le micaschiste.
• Les roches magmatiques continentales incluent le granite.
• Le granite est plutonique : refroidissement lent en profondeur, donc structure grenue entièrement cristallisée.
• Le granite contient du quartz, des feldspaths (plagioclase ou orthose) et des micas (biotite ou muscovite).
• Le granite est riche en silice (SiO2) et pauvre en fer, calcium et magnésium.

💡 Astuce mémo

Granite = plutonique = refroidissement lent = cristaux visibles (grenue).

📖 4. Croûte océanique : relief, épaisseur et roches

🔑 Notions clés & Définitions

• Croûte océanique : Croûte caractérisée par une altitude moyenne basse, une faible épaisseur et des roches magmatiques spécifiques.
• Basalte : Roche magmatique volcanique de surface, formée par refroidissement rapide.
• Gabbro : Roche magmatique plutonique en profondeur, formée par refroidissement lent.
• Structure microlitique : Structure typique des roches volcaniques où de petits cristaux et un fond de verre coexistent.
• Ophiolites : Séries de roches superposées associées à la croûte océanique, retrouvées dans certaines montagnes.

📝 Points essentiels

• La croûte océanique a une épaisseur d’environ 6 à 7 km.
• En surface, on trouve surtout du basalte, avec parfois un peu de roches sédimentaires.
• En profondeur, on trouve des gabbros.
• Basalte et gabbro ont la même composition chimique globale car ils proviennent du même magma.
• Le gabbro est plutonique : refroidissement lent, structure grenue, avec pyroxène et feldspaths (plagioclase surtout).
• Le basalte est volcanique : refroidissement rapide, structure microlitique avec phénocristaux (ex : olivine), microlites et fond de verre.

💡 Astuce mémo

Océanique = basalte (surface, rapide) + gabbro (profondeur, lent) ; ophiolites = “reste d’ancien océan”.

📖 5. Ondes sismiques et détermination des couches

🔑 Notions clés & Définitions

• Ondes P : Ondes sismiques de compression, les premières à arriver et les plus rapides.
• Ondes S : Ondes sismiques oscillatoires, arrivant après les ondes P et se propageant moins vite.
• Ondes de surface : Ondes lentes qui se propagent surtout en surface et ne servent pas à étudier les structures profondes.
• Sismologie : Méthode indirecte utilisant la propagation des ondes sismiques pour déduire la structure interne.
• Radiochronologie : Méthode d’estimation de l’âge des roches à partir d’atomes radioactifs dans les cristaux.

📝 Points essentiels

• Les forages les plus profonds ne dépassent pas 12 262 m à Kola, en Russie.
• La structure interne est établie surtout par des données de sismologie plutôt que par observation directe.
• Les ondes P sont les premières et se propagent en profondeur, contrairement aux ondes de surface.
• La vitesse des ondes dépend de la nature des roches (densité et composition chimique).
• La vitesse dépend aussi de la température : plus c’est froid, plus c’est rapide (roche plus dure, moins visqueuse).
• Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides.

💡 Astuce mémo

P puis S : P plus rapide ; S ne passe pas dans le liquide (indice de l’état).

📖 6. Discontinuités majeures du globe terrestre

🔑 Notions clés & Définitions

• Discontinuité : Limite interne où la vitesse des ondes sismiques change, indiquant un changement de milieu.
• Moho : Discontinuité séparant la croûte du manteau supérieur, mise en évidence par l’accélération des ondes.
• Discontinuité de Gutenberg : Limite vers 2900 km séparant le manteau solide du noyau externe liquide.
• Discontinuité de Lehman : Limite vers 5100 km séparant le noyau externe du noyau interne solide.
• Zone d’ombre : Observation sismologique liée à la propagation des ondes, utilisée pour repérer des limites internes.

📝 Points essentiels

• Le Moho se situe à environ 7 km sous la croûte océanique et environ 30 km sous la croûte continentale.
• À la limite du Moho, les ondes sismiques accélèrent, ce qui indique un changement de nature de roche.
• Le manteau supérieur est constitué de péridotite, roche verte grenue avec pyroxène et olivine.
• La discontinuité de Gutenberg se situe vers 2900 km et sépare manteau solide et noyau externe liquide (fer et nickel).
• La discontinuité de Gutenberg est prouvée par une zone d’ombre lors de l’analyse des séismes.
• La discontinuité de Lehman se situe vers 5100 km et sépare noyau externe et noyau interne, avec déviation des ondes P entre milieux de même composition mais d’états différents.

💡 Astuce mémo

Moho = croûte→manteau ; Gutenberg = solide→liquide ; Lehman = liquide→solide.

📖 7. LVZ et séparation lithosphère asthénosphère

🔑 Notions clés & Définitions

• LVZ : Zone du manteau supérieur où la vitesse des ondes sismiques diminue, liée à une augmentation de viscosité.
• Low Velocity Zone : Nom anglais de la LVZ, correspondant à une baisse de vitesse des ondes sismiques.
• Viscosité : Propriété liée au “ramollissement” d’un solide, qui augmente quand la roche devient plus ductile.
• Asthénosphère : Partie du manteau plus ductile, située sous la lithosphère et associée à la LVZ.
• Lithosphère : Ensemble rigide en profondeur constitué de la croûte et du manteau lithosphérique.

📝 Points essentiels

• La LVZ est observée entre 100 et 200 km de profondeur dans le manteau supérieur.
• On mesure un ralentissement des ondes sismiques dans cette zone.
• La roche est la même avant et après la LVZ (péridotite), donc la différence vient de la viscosité.
• La viscosité augmente : la roche devient moins dure et plus ductile.
• La LVZ est constituée de péridotite plus ductile que la péridotite lithosphérique au-dessus.
• La lithosphère comprend la croûte et le manteau lithosphérique, et repose sur l’asthénosphère dont la première partie est la LVZ.

💡 Astuce mémo

LVZ = “vitesse baisse” car viscosité augmente (ductile).

📖 8. Notion de plaque lithosphérique et limites

🔑 Notions clés & Définitions

• Plaque lithosphérique : Morceau de lithosphère comprenant croûte et manteau lithosphérique, reposant sur l’asthénosphère.
• Moho : Frontière interne qui sépare croûte et manteau supérieur, utilisée pour définir l’ensemble indissociable d’une plaque.
• Limites de plaques : Zones géographiques où l’activité géologique (séismes et volcanisme) marque l’interaction entre plaques.
• Dorsale océanique : Zone de divergence où les plaques s’écartent et où se forme une nouvelle croûte océanique.
• Zone de subduction : Zone de convergence où une plaque plonge sous une autre, associée à des montagnes et à une activité intense.

📝 Points essentiels

• Une plaque est un morceau de lithosphère composé de croûte (océanique ou continentale) et de manteau lithosphérique.
• Une plaque repose sur le manteau asthénosphérique au niveau de la LVZ.
• Les deux parties séparées par le Moho sont indissociables dans le déplacement de la plaque.
• Les limites de plaques sont repérées à l’échelle géographique par des zones actives (séismes et volcanismes).
• Les divergences correspondent aux dorsales océaniques où les plaques s’éloignent.
• Les convergences correspondent aux montagnes et aux zones de subduction où les plaques se rapprochent.

💡 Astuce mémo

Plaque = croûte + manteau lithosphérique ; limites = séismes/volcans ; divergence = dorsale ; convergence = subduction.

📖 9. Dérive des continents et modèle des plaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Dérive des continents : Idée ancienne selon laquelle les continents se déplacent, opposée à l’explication moderne centrée sur les plaques.
• Alfred Wegener : Auteur de la première théorie de dérive des continents, avec une explication erronée du mécanisme.
• Pangée : Supercontinent dont l’éclatement est évoqué dans la théorie de Wegener.
• Xavier Le Pichon : Géodynamicien associé au modèle accepté aujourd’hui sur le déplacement des plaques.
• Moteur des plaques : Cause principale du mouvement des plaques, liée à l’activité des dorsales.

📝 Points essentiels

• La notion de déplacement des continents est ancienne, avec une référence à Francis Bacon en 1620.
• La première théorie de dérive des continents est attribuée à Alfred Wegener vers 1912.
• La théorie de Wegener est jugée erronée car elle imagine un déplacement des continents comme des navires sur un fond océanique plastique.
• Wegener propose aussi l’éclatement d’un supercontinent, la Pangée, il y a 250 Ma.
• Le modèle accepté aujourd’hui est celui de Xavier Le Pichon (1968) : ce sont les plaques lithosphériques qui glissent sur l’asthénosphère au niveau de la LVZ.
• Le premier moteur du déplacement est l’activité des dorsales, où se crée la plaque océanique (basalte et gabbro surtout).

💡 Astuce mémo

Wegener : continents “navires” (faux) ; Le Pichon : plaques glissent (vrai) ; moteur = dorsales.

📅 Repères chronologiques

Date	Événement
4,57 Ga	Formation de la Terre par accrétion des matières stellaires de la nébuleuse
1620	Francis Bacon évoque une notion ancienne de déplacement des continents
vers 1912	Alfred Wegener émet la première théorie de dérive des continents
250 Ma	Éclatement de la Pangée selon la théorie de Wegener
1968	Xavier Le Pichon propose le modèle accepté aujourd’hui
12.262 m	Profondeur maximale atteinte par un forage à Kola, en Russie

📊 Tableaux de synthèse

Continental vs océanique

Critère	Continental	Océanique
Altitude moyenne	+300 m	-4500 m
Épaisseur	~30 km (50–60 km en montagnes)	6–7 km
Roches dominantes	Sédimentaires, métamorphiques, granite	Basalte (surface), gabbro (profondeur)

Granite vs basalte

Caractère	Granite	Basalte
Type	Roche magmatique plutonique	Roche magmatique volcanique
Refroidissement	Lent en profondeur	Rapide en surface
Structure	Grenue, cristaux nombreux	Microlitique : phénocristaux + microlites + fond de verre

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre Moho et LVZ : Moho sépare croûte et manteau, tandis que la LVZ est une zone de viscosité dans le manteau supérieur.
2. Croire que les ondes S se propagent dans les liquides : elles ne se propagent pas du tout dans les liquides.
3. Inverser les rôles des roches : le basalte est volcanique (surface) et le gabbro est plutonique (profondeur).
4. Penser que la théorie moderne déplace les continents “directement” : le modèle accepté fait glisser les plaques lithosphériques, les continents suivent.
5. Mélanger Gutenberg et Lehman : Gutenberg est vers 2900 km (manteau solide → noyau externe liquide) et Lehman vers 5100 km (noyau externe → noyau interne).
6. Oublier que la LVZ est liée à une variation de viscosité alors que la roche reste de la péridotite.

✅ Checklist Examen

1. Donner les ordres de grandeur de l’atmosphère et du rayon terrestre, puis expliquer comment la croûte se forme après refroidissement.
2. Comparer altitude moyenne et épaisseur moyenne entre croûte continentale et croûte océanique.
3. Citer des exemples de roches continentales en surface et en profondeur, puis caractériser le granite (type, refroidissement, structure, minéraux, composition).
4. Décrire la succession roches océanique (basalte en surface, gabbro en profondeur) et relier basalte/gabbro à un même magma et à des conditions de refroidissement différentes.
5. Expliquer comment la sismologie utilise ondes P et S pour déduire la structure interne, en précisant le rôle des ondes de surface.
6. Localiser et caractériser les discontinuités majeures : Moho (profondeurs), Gutenberg (≈2900 km, noyau externe liquide, zone d’ombre), Lehman (≈5100 km, état différent).
7. Définir la LVZ : profondeur (100–200 km), observation (ralentissement), cause (viscosité/ductilité) et lien avec la séparation lithosphère-asthénosphère.
8. Définir une plaque lithosphérique et préciser ce qui la compose, puis identifier les types de limites (divergence/dorsale, convergence/subduction) et leur signature géologique.
9. Rappeler l’idée de Wegener (vers 1912), son erreur sur le mécanisme, la Pangée (250 Ma), puis présenter le modèle de Le Pichon (1968) et le moteur des plaques (activité des dorsales).