Cours sur la structure interne de la Terre Géosciences 1 Université Claude Bernard Lyon 1 Première année de licence

1. La Terre
Partie 1 : Structure et composition

2. Comment observer l’intérieur de la
Terre?
~10km maximum

3. 1.LaTerreobservabledirectement

4. La croûte continentale = granite, gneiss, granodiorite et granulites.
Plan de foliation
Plan de diaclase
Granite et granodiorite=
roches magmatiques
plutoniques.
Gneiss et granulites = roche
métamorphiques.
Reboulet S.
1.LaTerreobservabledirectement

5. 1.LaTerreobservabledirectement

6. Basalte avec une enclave de péridotite.
Basalte vacuolaire (pas de connection entre les vacuoles).
Basalte à vacuoles étirées
La croûte océanique = basalte et gabbro.1.LaTerreobservabledirectement

7. Croûte océanique. Croûte continentale.
JP Bourseau,UCBL1.
1.LaTerreobservabledirectement

8. 2.LaformedelaTerreetsagravité

9. La surface des océans peut se concevoir comme une surface de niveau
(= « altitude gravitaire ») qui est contrôlée essentiellement par la gravité
(on ne tient pas compte des effets périodiques comme les marées et la houle).
La surface océanique représente à l'équilibre une partie de surface sur laquelle
le potentiel de pesanteur est constant (même g) = surface équipotentielle : le
géoïde.
2.LaformedelaTerreetsagravité

10. L’accélération de la pesanteur est la résultante de 2 forces (Fn >> Fc) :
g = 9.8 m/s².
g = f (distance ; distribution des masses)
g « pôles » = 9.83 m/s²
g « équateur » = 9.78 m/s².
2.LaformedelaTerreetsagravité

11. CLAIRAUT (18ème s.)  la Terre a la forme d’un ellipsoïde de révolution
Rotation (force centrifuge)  Terre aplatie aux pôles et gonflée
à l’équateur.
Rayon polaire = 6356.77 km
Rayon équatorial = 6374.16
2.LaformedelaTerreetsagravité

12. Différences entre géoïde et ellipsoïde en mètres
2.LaformedelaTerreetsagravité

13. 3.Lasismologie
Déformation permanente : cassante, les failles
Près de l’épicentre
Nevada, 16 décembre 1954
USGS

14. Ondes sismiques
Plus loin, des vibrations, des ondes qui se propagent.
La déformation n’est pas permanente :
déformation élastique.
2.Lasismologie
Northridge, CA 1994 USGS

15. Une onde est la propagation d'une
perturbation produisant sur son passage une
variation réversible de propriétés physiques
locales. Elle transporte de l'énergie sans
transporter de matière.
3.Lasismologie
Vibrations du sols : les ondes sismiques

16. 3.Lasismologie

17. Ondes réfléchies, transmises
(c=réflechie sur noyau, K=transmise dans le noyau)
3.Lasismologie
Les différentes phases observées

18. Liquide Solide
Solide
Modèle radial de Terre3.Lasismologie

19. Tomographie sismique : échographie du manteau terrestre
3.Lasismologie
E. Debayle, 2005

20. •Avoir une idée de la composition chimique de la
Terre
•Reproduire en laboratoire les conditions de
Pression et de Température de l’intérieur de la
Terre
4.Compositiondumanteauetdunoyau
Comment interpréter les modèles de
vitesses sismiques ?

21. • Composition de la
nébuleuse ~composition
du soleil (99.9% masse
totale)
• Composition des plus
vieilles météorites
(chondrites 4.562Ga)
Composition chimique initiale de la Terre
Un modèle géochimique4.Compositiondumanteauetdunoyau

22. Les chondrites
•Météorites non différenciées
•Fer métal + silicates
•Les plus vieilles
•Chondres : billes de silicates
Les météorites différenciées
•Achondrites = silicates
•Sidérites = métaux
•En général plus jeunes
Museum national d’histoire naturelle
Débris de noyaux et manteaux
planétaires?
Les corps parents des planètes
Un modèle géochimique4.Compositiondumanteauetdunoyau

23. Un modèle géochimique
Composition du manteau et du noyau
Noyau riche en sidérophiles
Manteau riche en lithophiles
2
1
3
4.Compositiondumanteauetdunoyau

24. Composition chimique de la Terre
Tous les éléments ne sont pas totalement réfractaires,
totalement sidérophiles ou lithophiles…
Un modèle géochimique4.Compositiondumanteauetdunoyau

25. Matériaux des différentes
enveloppes
• Trouver les matériaux dont les propriétés
(K,m,r) reproduisent le profil de vitesses
sismiques
• Pas d’échantillons de la Terre profonde (>
500km)
 Conduire des expériences aux conditions
de P-T de la Terre profonde.
Un modèle minéralogique4.Compositiondumanteauetdunoyau

26. Les roches du manteau : Les péridotites
Olivine > 50%
Pyroxènes < 50%
Oxydes d’Aluminium < 10%
Un modèle minéralogique4.Compositiondumanteauetdunoyau

27. Conditions P-T de l’intérieur de la Terre
Un modèle minéralogique4.Compositiondumanteauetdunoyau

28. Echantillon Laser
Expériences de choc ou en écrasement
Un exemple : la cellule
à enclume de diamants
P = Force/Surface
Un modèle minéralogique4.Compositiondumanteauetdunoyau

29. Comprimer une olivine, le composant principal des
péridotites
Olivine a
(Fe,Mg)2SiO4
Orthorombique
25GPa  Pérovskite
(Fe,Mg)SiO3
Cubique
120GPa
Post-Pérovskite
(Fe,Mg)SiO3
Pression
Changements de phases
Un modèle minéralogique4.Compositiondumanteauetdunoyau

30. 4.Compositiondumanteauetdunoyau

31. Post-perovskite

32. Ce qu’il faut retenir
• La sismologie permet de sonder indirectement
l’intérieur de la Terre
• Les vitesses sismiques varient radialement et
horizontalement à cause des changements
minéralogiques et des variations de température et de
chimie
• Le manteau est solide, tout comme la graine, à l’inverse
du noyau externe
• Les transitions de phase dans l’olivine permettent de
comprendre le profil de vitesses radiales
• On peut connaître la composition chimique de la Terre
interne à partir des météorites
Conclusions