Scheda di revisione: Structure interne de la Terre

📋 Plan du Cours

1. Structure interne Terre
2. Différences crustales
3. Roches de surface
4. Séismes et structure
5. Gradient géothermique
6. Transfert thermique
7. Ondes sismiques
8. Discontinuité Moho
9. Noyau liquide
10. Noyau interne solide
11. Modèle PREM

📖 1. Structure interne Terre

🔑 Notions clés & Définitions

• Croûte océanique : couche de la lithosphère sous les océans, principalement composée de basaltes, d'environ 7 à 10 km d'épaisseur, avec une densité élevée (d ≈ 2,9) et une structure microlitique ou grenue (d'après étude macroscopique et microscopique).
• Croûte continentale : couche de la lithosphère sous les continents, hétérogène, épaisse en moyenne 30 km, composée de roches sédimentaires, magmatiques (granite) et métamorphiques (gneiss, granulite).
• Discontinuité Moho : limite entre la croûte et le manteau supérieur, détectée par la variation de vitesse des ondes sismiques, située en moyenne à 30 km de profondeur.
• Ondes sismiques P et S : vibrations provoquées par un séisme, se propageant dans la Terre ; P (primaires) en compression, rapides, traversent tous milieux ; S (secondaires) en cisaillement, plus lentes, ne traversent pas les liquides (d'après documents p 120-121).
• Noyau liquide : zone du noyau externe, composée principalement de fer et nickel, caractérisée par l'arrêt des ondes S, prouvant son état liquide (d'après modèle PREM et étude sismique).
• Noyau interne solide : zone centrale du noyau, composée de fer et nickel, où les ondes P accélèrent à nouveau, indiquant une phase solide, malgré des pressions extrêmes (d'après étude sismique et densité).

📝 Points essentiels

• La différence entre océans et continents s'explique par la nature crustale : la croûte océanique est plus fine, dense, basaltique, formée par refroidissement rapide au niveau des dorsales, tandis que la croûte continentale est plus épaisse, hétérogène, principalement granitique, avec une structure variée.
• La distribution bimodale des altitudes (zones très élevées et très basses) reflète cette diversité crustale, avec une densité plus élevée dans la croûte océanique (gabbro, basaltes) et une hétérogénéité dans la croûte continentale.
• La structure interne du globe est révélée par l’étude des séismes : la variation de vitesse des ondes sismiques permet de localiser la discontinuité Moho, la limite entre la croûte et le manteau, et d’identifier la présence d’un noyau liquide.
• La vitesse des ondes sismiques augmente avec la densité des matériaux, sauf dans le noyau externe où les ondes S disparaissent, confirmant son état liquide.
• La température interne croît avec la profondeur (gradient géothermique), mais de façon non linéaire, influencée par la conduction dans la lithosphère et la convection dans le manteau.
• La dissipation thermique de la Terre s’effectue principalement par conduction dans la lithosphère et par convection dans le manteau, ce qui explique la faible variation du gradient géothermique dans le manteau (environ 0,5°C/km) et la forte variation dans la lithosphère (10-30°C/km).

💡 À retenir

La structure interne de la Terre, révélée par l’étude des roches, des séismes et des ondes sismiques, montre une croûte divisée en océanique et continentale, une discontinuité Moho en moyenne à 30 km, un manteau en convection, et un noyau liquide externe et solide interne, ce qui explique la dynamique thermique et géologique de notre planète.

📖 2. Différences crustales

🔑 Notions clés & Définitions

• Croûte océanique : couche de roche basaltique fine, dense, et relativement jeune, formée par le refroidissement du magma au niveau des dorsales océaniques. Sa densité est élevée (d ≈ 2,9) et son épaisseur est faible (7-10 km). (Source : activité 2)

• Croûte continentale : couche de roche hétérogène, principalement granitique, plus épaisse (en moyenne 30 km) et moins dense (d ≈ 2,6). Elle comprend des roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques. (Source : activité 2)

• Discontinuité de Mohorovičić (Moho) : limite entre la croûte et le manteau supérieur, caractérisée par une augmentation brutale de la vitesse des ondes sismiques. Elle marque la transition entre ces deux enveloppes. (Source : activité 4)

• Densité des roches : rapport entre la masse volumique d'une roche et celle de l'eau (1 g/cm³), influençant la vitesse de propagation des ondes sismiques et la topographie crustale. La densité varie selon la composition minéralogique. (Source : activité 2, activité 4)

• Bimodalité de la distribution des altitudes : phénomène où les altitudes terrestres présentent deux pics principaux correspondant aux zones continentales (altitude positive) et océaniques (altitude négative), reflétant des différences crustales. (Source : activité 1)

• Lithosphère et asthénosphère : couches distinctes de la Terre, la lithosphère (rigide, cassante) comprend la croûte et le manteau supérieur, tandis que l’asthénosphère (ductile) permet la convection mantellique. La discontinuité entre elles est détectée par la variation de vitesse des ondes sismiques. (Source : activité 5)

📝 Points essentiels

• La différence de relief entre continents et océans s'explique principalement par la composition et l'épaisseur des croûtes respectives : la croûte océanique étant plus fine, dense et jeune, alors que la croûte continentale est plus épaisse, hétérogène et ancienne. (Source : activité 1, 2)

• La structure de la croûte est caractérisée par une diversité minéralogique : la croûte océanique est principalement composée de basaltes et gabbros, tandis que la croûte continentale comprend des roches sédimentaires, granitiques et métamorphiques. La composition influence la densité et la vitesse des ondes sismiques. (Source : activité 2)

• La discontinuité de Mohorovičić (Moho) est une étape majeure dans la structure interne, séparant la croûte du manteau supérieur, détectée par une augmentation brutale de la vitesse des ondes P et S. Elle est située à environ 30 km sous les continents et 7-10 km sous les océans. (Source : activité 4)

• La distribution bimodale des altitudes terrestres traduit la différence crustale : zones élevées (continents) avec croûte épaisse et moins dense, zones basses (océans) avec croûte fine et dense. (Source : activité 1)

• La densité des roches est un indicateur clé pour comprendre la structure interne : plus la densité est élevée, plus la vitesse des ondes sismiques est rapide, ce qui permet d'inférer la composition et la profondeur des différentes couches. (Source : activité 2, 4)

💡 À retenir

Les différences crustales entre continents et océans résultent de variations de composition, d'épaisseur et de densité, qui se traduisent par une distribution bimodale des altitudes et une discontinuité majeure, le Moho, essentielle pour comprendre la structure interne de la Terre.

📖 3. Roches de surface

🔑 Notions clés & Définitions

• Roche de surface : roche présente en surface de la croûte terrestre, résultant de processus géologiques variés (magmatiques, sédimentaires, métamorphiques).
• Bimodalité des altitudes : répartition en deux pics distincts d’altitudes, correspondant aux zones continentales (0 à 1000 m) et océaniques (-4000 à -5000 m), reflet des différences crustales (voir activité 1).
• Roches magmatiques : roches formées par refroidissement du magma ou de la lave. Elles se subdivisent en volcaniques (refroidissement rapide, ex : basalte) et plutoniques (refroidissement lent, ex : granite) (voir activité 2).
• Roches sédimentaires : roches formées par accumulation et compaction de sédiments déposés dans l’eau (ex : calcaire, craie).
• Roches métamorphiques : roches issues de la transformation de roches préexistantes sous pression et température élevées, sans fusion (ex : gneiss, marbre).
• Discontinuité Moho : limite entre la croûte et le manteau supérieur, caractérisée par un changement brutal de vitesse des ondes sismiques, permettant d’identifier la structure crustale (voir activité 4).

📝 Points essentiels

• La répartition bimodale des altitudes est liée à la différence de composition et d’épaisseur des croûtes continentale et océanique. La croûte océanique, plus fine (~7-10 km), est principalement composée de basaltes, gabbros, et péridotites, avec une densité élevée (~2,9). La croûte continentale, plus épaisse (~30 km), est hétérogène, comprenant roches sédimentaires, granites, gneiss, et granulites, avec une densité plus faible (~2,6-2,7).
• L’étude macroscopique et microscopique des roches permet d’identifier leur composition minéralogique et leur structure (granulaire, microlitique, verre).
• La densité des roches, mesurée par la masse volumique, varie selon leur composition : par exemple, basalte (~3,10 g/cm³), granite (~2,6 g/cm³), péridotite (~3,3 g/cm³).
• La structure interne de la Terre, révélée par les ondes sismiques, montre une discontinuité à environ 30 km (Moho), séparant la croûte du manteau supérieur.
• La différence de vitesse des ondes P et S dans le globe permet d’identifier la nature solide ou liquide des couches internes, notamment le noyau externe liquide (absence d’ondes S) et le noyau interne solide.
• La variation du gradient géothermique (environ 3°C/100 m) est influencée par les modes de transfert thermique : conduction dans la lithosphère, convection dans le manteau.

💡 À retenir

Les roches de surface, par leur composition et leur structure, reflètent la diversité géologique de la croûte terrestre, dont l’étude permet de comprendre la différenciation crustale et la dynamique interne du globe. La discontinuité Moho constitue une étape clé pour distinguer la croûte du manteau supérieur, tandis que la densité et la structure des roches renseignent sur leur origine et leur mode de formation.

📖 4. Séismes et structure

🔑 Notions clés & Définitions

• Foyer : point en profondeur où se produit la rupture à l’origine du séisme, libérant une énergie soudaine (source : contenu source).
• Ondes sismiques : vibrations se propageant à partir du foyer dans toutes les directions, permettant d’étudier la structure interne de la Terre (contenu source).
• Faille : fracture de la lithosphère accompagnée d’un déplacement des blocs, souvent à l’origine des séismes (contenu source).
• Discontinuité de Gutenberg : limite entre le manteau supérieur et le manteau inférieur, caractérisée par une variation de la vitesse des ondes sismiques, située à environ 2900 km de profondeur (contenu source).
• Discontinuité de Lehmann : limite entre le noyau externe liquide et le noyau interne solide, située à environ 5200 km de profondeur, détectée par la disparition des ondes S (contenu source).
• Zone d’ombre sismique : zone où les ondes P et S sont fortement déviées ou absentes, due à la réfraction ou absorption par des discontinuités internes, notamment au niveau du noyau (contenu source).

📝 Points essentiels

• La libération d’énergie lors d’un séisme se produit au niveau du foyer, provoquant des vibrations appelées ondes sismiques, qui se propagent dans toutes les directions (contenu source).
• Les ondes P (primaires) sont rapides, de compression-dilatation, et se propagent dans tous les milieux, y compris dans le noyau liquide (contenu source).
• Les ondes S (secondaires) sont plus lentes, de cisaillement, et ne se propagent pas dans les milieux liquides, ce qui permet de déduire la liquéfaction du noyau externe (contenu source).
• La variation de la vitesse des ondes sismiques avec la profondeur révèle la présence de discontinuités, notamment la discontinuité de Gutenberg (2900 km) et celle de Lehmann (5200 km), confirmant la structure en couches de la Terre (contenu source).
• L’étude des ondes sismiques permet également d’estimer l’épaisseur de la croûte continentale, généralement autour de 30 km, grâce à la différence de vitesse et de réflexion des ondes (contenu source).

💡 À retenir

Les séismes, par l’étude des ondes sismiques, révèlent la structure en couches de la Terre, notamment la présence de discontinuités majeures comme celles de Gutenberg et Lehmann, qui marquent les limites entre manteau, noyau liquide et noyau solide.

📖 5. Gradient géothermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient géothermique : Taux d'augmentation de la température en fonction de la profondeur dans la Terre. Bordas (2019) : "Il représente la variation de température par kilomètre de profondeur, généralement d’environ 3°C pour 100 m dans la croûte terrestre."
• Discontinuité de Gutenberg : Limite entre le manteau supérieur et le manteau inférieur, caractérisée par une chute brutale de la vitesse des ondes sismiques, située à environ 2900 km de profondeur, indiquant une transition de phase ou un changement de comportement des roches. Bordas (2019).
• Conduction thermique : Mode de transfert de chaleur sans déplacement de matière, par agitation atomique, efficace dans la lithosphère. Bordas (2019) : "Ce mécanisme est lent et dépend de la conductibilité thermique des matériaux."
• Convection thermique : Mode de transfert de chaleur par déplacement de matière, impliquant des mouvements de convection dans le manteau. Bordas (2019) : "Mécanisme efficace dans le manteau, responsable des mouvements de convection."
• Hétérogénéités thermiques : Variations de température et de vitesse des ondes sismiques dans le manteau, révélant des anomalies thermiques telles que les zones chaudes ou froides. Bordas (2019).
• Géotherme : Courbe représentant l’évolution de la température en fonction de la profondeur, illustrant la variation du gradient géothermique. Bordas (2019).

📝 Points essentiels

• Le gradient géothermique moyen dans la croûte est d’environ 16,8°C/km (calcul basé sur le profil de Kola).
• La température interne de la Terre augmente avec la profondeur, mais de façon non linéaire, notamment en raison de discontinuités comme celle de Gutenberg à 2900 km, où la température et la vitesse des ondes changent brutalement.
• La conduction thermique prédomine dans la lithosphère, où le gradient géothermique est élevé (10-30°C/km), tandis que la convection est le principal mode de transfert dans le manteau, où le gradient est faible (<0,3°C/km).
• La dissipation de chaleur par conduction dans la lithosphère explique le fort gradient, alors que la convection dans le manteau permet une dissipation plus efficace, homogénéisant la température.
• Les anomalies de vitesse des ondes sismiques, révélées par la tomographie sismique, confirment la présence de zones chaudes (dorsales, points chauds) ou froides (zones de subduction), illustrant la dynamique thermique interne.

💡 À retenir

Le gradient géothermique varie selon les enveloppes terrestres : élevé dans la lithosphère par conduction, faible dans le manteau par convection, ce qui reflète la dissipation de la chaleur interne de la Terre et ses mécanismes de transfert thermique.

📖 6. Transfert thermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Conduction : Mode de transfert de chaleur sans déplacement de matière, par agitation des atomes ou molécules. La chaleur se propage de proche en proche dans un corps solide ou fluide, selon la conductibilité thermique. (Bordas, 2019)
• Convection : Mode de transfert thermique impliquant un déplacement de matière chaude vers des zones plus froides, créant des cellules de convection. Ce mécanisme est efficace dans les fluides, notamment dans le manteau terrestre. (Bordas, 2019)
• Géotherme : Courbe représentant l'évolution de la température en fonction de la profondeur dans la Terre. Son profil varie selon la conduction et la convection, avec un gradient moyen d'environ 3°C/100m. (Bordas, 2019)
• Gradient géothermique : Taux d'augmentation de la température avec la profondeur, généralement de 10 à 30°C/km dans la lithosphère, plus faible dans le manteau supérieur. (Bordas, 2019)
• Discontinuité de Gutenberg : Limite entre le manteau et le noyau, caractérisée par une chute brutale de la vitesse des ondes sismiques, indiquant une transition entre matière solide et liquide. (Bordas, 2019)
• Modes de transfert thermique : La conduction, la convection, et le rayonnement (non mentionné ici mais essentiel dans d’autres contextes), qui expliquent la dissipation de chaleur dans la Terre. La conduction est lente, la convection est plus efficace dans les fluides. (Bordas, 2019)

📝 Points essentiels

• La température interne de la Terre augmente avec la profondeur, mais pas de façon linéaire, en raison de l'interaction entre conduction et convection. La conduction prédomine dans la lithosphère, où le gradient géothermique est élevé, tandis que la convection est dominante dans le manteau, où le gradient est faible.
• La discontinuité de Gutenberg, située à environ 2900 km de profondeur, marque la transition entre le manteau solide et le noyau liquide, expliquée par l'arrêt des ondes S dans le noyau externe.
• La propagation des ondes sismiques permet de cartographier la structure interne de la Terre, révélant anomalies thermiques et hétérogénéités. Les vitesses des ondes augmentent dans les zones froides (subduction) et diminuent dans les zones chaudes (dorsales, points chauds).
• La dissipation de chaleur dans la Terre s’effectue principalement par conduction dans la lithosphère et par convection dans le manteau. La convection est un mécanisme plus efficace, permettant un transfert thermique plus rapide et homogène.
• Les modèles thermiques, comme le profil géothermique, montrent que la température au centre de la Terre pourrait atteindre plusieurs milliers de degrés Celsius, mais la dissipation thermique empêche une fusion totale.

💡 À retenir

Le transfert thermique dans la Terre combine conduction dans la lithosphère et convection dans le manteau, ce qui explique la variation du gradient géothermique et la dynamique interne du globe, confirmée par l’étude des ondes sismiques.

📖 7. Ondes sismiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Ondes P (ondes primaires) : Ondes de compression-dilatation, les plus rapides, se propagent en profondeur dans tous les milieux, solides et liquides. (Source : document 3 p 120-121)
• Ondes S (ondes secondaires) : Ondes de cisaillement ou d’oscillation, plus lentes que les P, ne se propagent que dans les milieux solides, arrêtées par les liquides. (Source : document 3 p 120-121)
• Faille : Fracture de la lithosphère accompagnée d’un déplacement des blocs, à l’origine des séismes. (Source : contexte général)
• Foyer (hypocentre) : Point en profondeur où se produit la rupture initiale lors d’un séisme. (Source : contexte général)
• Epicentre : Point à la surface situé verticalement au-dessus du foyer. (Source : contexte général)
• Discontinuité de Gutenberg : Limite entre le manteau supérieur et le noyau liquide, située à environ 2900 km de profondeur, caractérisée par une chute de la vitesse des ondes S. (Source : modèle PREM, activité 6)

📝 Points essentiels

• Les ondes sismiques se propagent à partir du foyer dans toutes les directions, leur vitesse dépend du milieu traversé. La vitesse des ondes P augmente avec la profondeur, passant de 8 à 13 km/s dans le manteau, puis chute brutalement à 0 km/s dans le noyau liquide, ce qui prouve la présence d’un noyau externe liquide (d’après Bordas, 2019).
• La différence de délai d’arrivée entre ondes P et S permet de déterminer la distance à l’épicentre. Plus cette différence est grande, plus l’épicentre est éloigné.
• La vitesse des ondes sismiques est liée à la densité et à l’état physique du matériau : plus la densité est élevée, plus la vitesse est rapide (exemple : péridotite vs calcaire).
• La discontinuité de Gutenberg marque la transition entre le manteau solide et le noyau liquide, confirmée par l’arrêt des ondes S. La discontinuité de Lehmann, à environ 5150 km, indique le noyau interne solide.
• La tomographie sismique révèle des anomalies de vitesse dans le manteau, associées aux différences thermiques et compositionnelles, telles que les dorsales ou zones de subduction.

💡 À retenir

Les ondes sismiques, en variant leur vitesse selon le milieu, permettent de révéler la structure interne de la Terre, notamment la présence de discontinuités majeures comme Gutenberg (limite manteau/noyau liquide) et Lehmann (noyau interne solide). Leur étude est essentielle pour modéliser la composition et l’état physique des enveloppes terrestres.

📖 8. Discontinuité Moho

🔑 Notions clés & Définitions

• Moho (discontinuité de Mohorovičić) : frontière entre la croûte terrestre et le manteau supérieur, caractérisée par une augmentation brutale de la vitesse des ondes sismiques (découverte par MOHOROVIČIĆ en 1909). Elle marque la transition entre deux types de roches aux propriétés différentes.

• Vitesse des ondes sismiques : variation de la vitesse à travers la Terre, qui augmente brusquement au niveau du Moho, révélant une discontinuité dans la composition et la densité des roches.

• Discontinuité : changement brusque dans les propriétés physiques ou chimiques d’un milieu, ici la limite entre la croûte et le manteau, détectée par la variation de la vitesse des ondes sismiques.

• Seismicité : phénomène de vibrations du sol provoquées par la libération d’énergie dans la Terre, permettant d’étudier la structure interne via la propagation des ondes.

• Reflexion et réfraction des ondes sismiques : phénomènes par lesquels les ondes changent de direction à la frontière entre deux milieux aux propriétés différentes, utilisés pour localiser la discontinuité du Moho.

📝 Points essentiels

• La discontinuité Moho est localisée à une profondeur moyenne d’environ 30 km sous les continents, et d’environ 7 à 10 km sous les océans, correspondant à une variation notable de la vitesse des ondes P (de 6 à 8 km/s) et S (de 3 à 4,5 km/s).

• La découverte par MOHOROVIČIĆ en 1909 a permis d’établir que la croûte est une couche distincte du manteau, avec une composition différente : la croûte continentale est principalement granitique, tandis que la croûte océanique est basaltique.

• La variation de la vitesse des ondes sismiques au niveau du Moho indique une augmentation de la densité et de la rigidité des roches, traduisant une transition de roches magmatiques ou sédimentaires en roches plus denses du manteau supérieur.

• La méthode sismique, notamment l’analyse des ondes P et leur réflexion (ondes PmP), permet de mesurer la profondeur du Moho et d’établir la structure interne de la Terre.

• La discontinuité du Moho est essentielle pour comprendre la dynamique interne, notamment la convection mantellique qui entraîne la tectonique des plaques.

💡 À retenir

La discontinuité Moho est la frontière qui sépare la croûte terrestre du manteau supérieur, révélée par une brusque augmentation de la vitesse des ondes sismiques, et fondamentale pour comprendre la structure et la dynamique internes de la Terre.

📖 9. Noyau liquide

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau externe liquide : partie du noyau terrestre située entre 2900 km et 5200 km de profondeur, composée principalement de fer et de nickel en état liquide, responsable de la génération du champ magnétique terrestre (d’après PREM, 1981).
• Ondes S : ondes sismiques de cisaillement qui ne se propagent pas dans les milieux liquides, leur absence dans le noyau externe indique sa liquéfaction (d’après PREM, 1981).
• Discontinuité de Gutenberg : limite entre le manteau supérieur solide et le noyau externe liquide, située à environ 2900 km de profondeur, caractérisée par une chute brutale de la vitesse des ondes sismiques (d’après PREM, 1981).
• Noyau interne solide : partie centrale de la Terre, située à partir de 5150 km de profondeur, composée principalement de fer et de nickel, où les ondes P se réfractent et accélèrent, indiquant sa solidité (d’après PREM, 1981).
• Vitesse des ondes P dans le noyau : variable selon la profondeur, mais s’accélère dans le noyau interne, témoignant d’un changement d’état physique (d’après PREM, 1981).
• Composition du noyau : principalement fer (79 %) et nickel (5 %), avec une densité élevée (environ 13 g/cm³), confirmée par l’étude des météorites et la modélisation sismique (d’après PREM, 1981).

📝 Points essentiels

• La discontinuité de Gutenberg marque la transition entre le manteau solide et le noyau externe liquide, détectée par la chute de la vitesse des ondes P et l’absence d’ondes S.
• La propagation des ondes S est stoppée dans le noyau externe, prouvant sa nature liquide, car ces ondes ne se déplacent que dans les milieux solides.
• La vitesse des ondes P augmente dans le noyau interne, indiquant un changement d’état, passant de liquide à solide.
• La composition du noyau, principalement fer-nickel, est déduite de la densité et des études de météorites, ainsi que de la modélisation sismique.
• La température au centre de la Terre atteint environ 6000°C, mais la présence de la discontinuité de Gutenberg limite la conduction thermique, favorisant la convection dans le manteau.

💡 À retenir

Le noyau liquide externe, délimité par la discontinuité de Gutenberg, joue un rôle clé dans la génération du champ magnétique terrestre, tandis que le noyau interne solide, au centre, influence la dynamique interne de la Terre. La propagation des ondes sismiques est essentielle pour révéler cette structure complexe.

📖 10. Noyau interne solide

🔑 Notions clés & Définitions

• Noyau interne : La couche centrale de la Terre, composée principalement de fer et de nickel, qui est solide en raison des pressions extrêmes (d’après Bordas (2019)).
• Discontinuité de Gutenberg : La limite entre le manteau supérieur et le noyau liquide, située à environ 2900 km de profondeur, caractérisée par un changement brusque dans la vitesse des ondes sismiques (d’après Bordas (2019)).
• Propagation des ondes sismiques : Les vibrations qui se déplacent dans la Terre, dont la vitesse dépend de la nature du matériau traversé, permettant d’étudier la structure interne (d’après Bordas (2019)).
• Solidité du noyau interne : La preuve que le noyau interne est solide, malgré la température élevée, grâce à la présence de minéraux cristallins et à la pression extrême (d’après Bordas (2019)).
• Composition du noyau : Principalement fer (79%) et nickel (5%), avec une densité élevée, ce qui explique ses propriétés mécaniques (d’après Bordas (2019)).
• Vitesse des ondes dans le noyau : La vitesse des ondes P augmente à l’intérieur du noyau, indiquant une phase solide, tandis que les ondes S disparaissent, prouvant la liquéfaction du noyau externe (d’après Bordas (2019)).

📝 Points essentiels

• La structure interne de la Terre est révélée par l’étude des ondes sismiques, notamment la variation de leur vitesse selon la profondeur. La discontinuité de Gutenberg à 2900 km marque la transition entre le manteau et le noyau liquide, où la vitesse des ondes S chute brutalement à zéro, confirmant la liquéfaction du noyau externe (d’après Bordas (2019)).
• La solidité du noyau interne est attestée par la réapparition des ondes P à environ 5150 km de profondeur, où leur vitesse augmente, indiquant un matériau cristallin solide. La disparition des ondes S dans cette zone prouve que le noyau externe est liquide (d’après Bordas (2019)).
• La composition du noyau est principalement métallique, avec une prédominance de fer, ce qui explique sa densité élevée et ses propriétés mécaniques.
• La température interne est très élevée, mais la pression extrême maintient le noyau solide, en dépit des conditions thermiques qui pourraient le liquéfier autrement.

💡 À retenir

L’étude des ondes sismiques montre que le noyau interne de la Terre est solide, entouré d’un noyau liquide, ce qui est confirmé par la variation de la vitesse des ondes P et S à différentes profondeurs.

📖 11. Modèle PREM

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model) : Modèle sismique standard de la Terre développé par M. Dziewonski et D. Anderson (1981), qui fournit une description de la structure interne de la planète à partir de la vitesse des ondes sismiques en fonction de la profondeur.

• Discontinuité de Mohorovičić (Moho) : Limite entre la croûte et le manteau supérieur, caractérisée par une brusque augmentation de la vitesse des ondes sismiques, permettant d'identifier la base de la croûte (voir section 8).

• Vitesse des ondes P et S : La vitesse à laquelle se propagent les ondes sismiques dans un milieu, dépendant de la densité et de la rigidité du matériau. Selon Anderson (1989), ces vitesses varient en fonction de la composition et de l’état physique des roches.

• Discontinuité de Gutenberg : Limite entre le manteau et le noyau externe liquide, située à environ 2900 km de profondeur, où la vitesse des ondes sismiques P chute brutalement à zéro, confirmant la liquéfaction du noyau externe (voir section 10).

• Noyau interne : Partie solide du noyau terrestre, principalement composée de fer et de nickel, dont la présence est confirmée par la réapparition des ondes P à partir de 5150 km de profondeur, selon Dziewonski et Anderson (1981).

• Anomalies de vitesse : Variations locales de la vitesse des ondes sismiques par rapport au modèle PREM, révélant des hétérogénéités thermiques et compositionnelles dans le manteau, notamment détectées par la tomographie sismique (voir activité 5).

📝 Points essentiels

• Le modèle PREM (1981) synthétise la structure interne de la Terre en intégrant la variation de la vitesse des ondes P et S avec la profondeur, permettant d’identifier les discontinuités majeures : Moho, Gutenberg, et la limite noyau interne/externe.

• Les ondes P : Propagent la compression et la dilatation, leur vitesse augmente avec la densité et la rigidité du milieu, mais chute brutalement à la discontinuité de Gutenberg, puis réaugmente dans le noyau interne solide.

• Les ondes S : Se propagent uniquement dans les milieux solides, leur disparition à 2900 km confirme la liquéfaction du noyau externe. Leur réapparition à 5150 km indique la présence d’un noyau interne solide.

• Les anomalies de vitesse dans le manteau, détectées par la tomographie sismique, traduisent des hétérogénéités thermiques : zones chaudes (dorsales, points chauds) ralentissent les ondes, zones froides (subduction) les accélèrent.

• La discontinuité de Gutenberg marque la transition entre le manteau et le noyau liquide, essentielle pour comprendre la dynamique interne de la Terre.

• Les conditions physiques du noyau : La densité, la composition en fer et nickel, et l’état liquide ou solide sont déduits par l’étude des ondes sismiques et des météorites (voir documents 4 et 5).

• Le modèle thermique : La variation du gradient géothermique, combinée à la propagation des ondes, montre que la conduction prédomine dans la lithosphère, tandis que la convection est dominante dans le manteau, expliquant la dynamique interne et la dissipation thermique.

💡 À retenir

Le modèle PREM, basé sur l’étude des ondes sismiques, révèle la structure complexe et hétérogène de la Terre, notamment la discontinuité de Gutenberg qui sépare le manteau du noyau liquide, confirmant la présence d’un noyau externe liquide et d’un noyau interne solide.

📊 Tableaux de Synthèse

Critère	Croûte océanique	Croûte continentale	Discontinuité Moho	Roches de surface	Auteurs / Références
Composition	Basalte, gabbro	Granite, roches métamorphiques, sédimentaires	Limite entre croûte et manteau supérieur	Roches magmatiques, sédimentaires, métamorphiques	D’après étude 2, 4
Épaisseur	7-10 km	Environ 30 km	Environ 30 km sous continents, 7-10 km sous océans	Variable selon type de roche	D’après étude 2, 4
Densité	Environ 2,9 (plus dense)	Environ 2,6 (moins dense)	N/A	Variable, dépend de la roche	D’après étude 2, 4
Vitesse des ondes sismiques	Augmente à la transition, sauf dans noyau liquide	Idem	S’accélère à la limite, détectée par ondes P et S	Dépend de la composition	D’après étude 4, 120-121

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confondre la discontinuité Moho avec la limite entre la croûte et le manteau supérieur, alors qu’elle marque la transition entre la croûte et le manteau.
2. Croire que la croûte continentale est plus dense que la croûte océanique ; en réalité, la croûte océanique est plus dense.
3. Confondre roches magmatiques volcaniques et plutoniques : la vitesse de refroidissement détermine leur texture.
4. Penser que la discontinuité Moho est située à la même profondeur sous continents et océans ; elle varie (30 km vs 7-10 km).
5. Confondre la composition des roches sédimentaires et métamorphiques, qui ont des origines différentes.
6. Croire que la vitesse des ondes sismiques est constante dans toute la croûte ; elle varie selon la composition et la densité.
7. Confondre la nature du noyau liquide et interne solide : le noyau externe est liquide, le interne est solide, malgré la température.

✅ Checklist Examen

• Connaître la définition de la croûte océanique et continentale, leur composition, épaisseur et densité (D’après étude 2).
• Savoir localiser la discontinuité Moho et ses caractéristiques (activité 4).
• Identifier les différences principales entre roches magmatiques volcaniques et plutoniques.
• Comprendre la structure du noyau externe liquide et du noyau interne solide, et leur détection par les ondes sismiques (p 120-121, modèle PREM).
• Maîtriser la différence entre ondes P et S, leur propagation et leur comportement dans différents milieux.
• Connaître le gradient géothermique, sa variation en fonction des couches terrestres, et ses implications thermiques.
• Savoir décrire le transfert thermique par conduction dans la lithosphère et convection dans le manteau.
• Identifier la relation entre la vitesse des ondes sismiques et la densité des matériaux.
• Comprendre le modèle PREM et ses applications pour la structure interne de la Terre.
• Connaître la distribution bimodale des altitudes terrestres et sa relation avec la structure crustale.
• Savoir comment la variation de vitesse des ondes permet de détecter la discontinuité Moho.
• Revoir la différence entre la lithosphère et l’asthénosphère, et leur rôle dans la convection mantellique.