Structure du globe terrestre

Chapitre 1
PO IC - Géologie de l'ingénieur
Structure
du globe terrestre
Plan
1.1 Caractéristiques globales
1.2 Modèle sismologique
1.3 Modèle minéralogique
1.4 Modèle dynamique : théorie des plaques
Introduction
Connaissance du globe terrestre
D Caractéristiques géométriques, physiques
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Plusieurs caractéristiques (masse, diamètre…)
→ - pas directement mesurables
- calculs basés sur des hypothèses
D Structure interne
Structure du globe terrestre
Modélisations
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Structure du globe terrestre
Anciennes conceptions
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17e siècle
Les eaux et les canaux souterrains font
communiquer les mers entre elles.
1665
Le feu central et les canaux
permettant la circulation de
l'air qui lui est nécessaire
1.1 Caractéristiques globales
Le globe
Rp
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- pratiquement sphérique
Re
- géoïde
- dimensions
rayon polaire (Rp )
= 6356,77 km
rayon équatorial (Re ) = 6378.16 km
rayon moyen (sphère de volume égal)
= 6371 km
14
Terre animée
Surface
S ≈ 510 x 106 km2
Volume
V ≈ 1,083 x 1012 km3
Masse
M ≈ 5,975 x 1021 T
Masse volumique moyenne de 5,52 T/m3
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D Géoïde
http://zoumine.free.fr/tt/navigation/ellipsoides.html
1.2 Modèle sismologique
D Établi par interprétation des données fournies par
les sismographes lors des enregistrements de
séismes
D En simplifiant...
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Vitesse de propagation des ondes sismiques
→ module d’élasticité et densité du milieu traversé
Terre
TI C204
Structure du globe terrestre
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1.2 Modèle sismologique
Mesures
Densité
1
3
5
7
Vitesse de propa gation des ondes sismiques
Pression
9
11
1000
2000
Interprétation
4000
2
4
6
8
10
12
14
Km.s -1
Kbar
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1000
1000
1000
2000
2000
2000
3000
3000
3000
4000
4000
4000
P
S
5000
5000
5000
6000
6000
6000
S?
Prof. (km)
(Mg Fe)SiO 4
(Mg Fe)SiO 3
(Mg Fe)O
Manteau
supérieur
Manteau
inférieur
P
Prof. (k m)
Croûte
Fe (86%)
S (12%)
Ni (2%)
Fe (80%)
Ni (20%)
Noyau
externe
Noyau
interne
Prof. (k m)
* Modèle sismologique le plus récent
PREM (Preliminary Reference Earth Model)
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épaisseur
16
densités
océans
→ 6km
continents → 30 km
ρ < 3,3
profondeur → 670 km
ρ : 3,3 → 4,0
profondeur → 2900 km ρ : 4,0 → 5,6
profondeur → 5150 km ρ : 9,9 → 12,8
ρ : 12,8 → 13,1
Structure du globe terrestre
* Modèle sismologique le plus récent
PREM (Preliminary Reference Earth Model)
- Croûte :
discontinuité : Mohorovicic ("Moho")
ρ : 4,0
- Manteau inférieur :
discontinuité majeure : Gutenberg
épaisseur ≈ 200 km
- Noyau : liquide
ρ : 9,9
- Graine : solide
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- Manteau supérieur :
Structure du globe terrestre
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1.3 Modèle minéralogique
D Variation des minéraux avec la profondeur
(à cause de l'accroissement de température et de pression)
D Expériences de condensation de mélanges gazeux et calculs
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thermodynamiques
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1.3 Modèle minéralogique
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Atmosphère
Hydrosphère
Croûte
Manteau
Noyau
Terre totale
Epaisseur
(km)
Volume
27
3
(x10 cm )
Densité moyenne
(g/cc)
Masse
24
(10 kg)
Masse
(%)
3.8
17
2883
3471
6371
0.00137
0.008
0.899
0.175
1.083
1.03
2.8
4.5
11.0
5.52
0.000005
0.00141
0.024
4.016
1.936
5.976
0.00009
0.024
0.4
67.2
32.4
100
99.6%
Structure du globe terrestre
1.3 Modèle minéralogique
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Comment connaît-on les minéraux profonds ?
KTB - Allemagne
8 Km
Péninsule Kola, Russie
12 Km
CROUTE CONTINENTALE
Hole 504B - Ride Costa Rica
2.1 Km
CROUTE OCEANIQUE
Manteau loin d'être atteint (MOHO pas atteint)
1.3 Modèle minéralogique
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Moho des Alpes
Structure du globe terrestre
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1.3 Modèle minéralogique
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Bilan
1.3 Modèle minéralogique
Pétrographie/
chimie/minéralogie
Bilan
R.sédim., granites,
basaltes,…
olivine
Péridotites
pyroxène
enveloppes
pérovskite
Lithosphère = croûte +
manteau sup.
magnétowüstite
Asthénosphère
Si,Al, Mg, Fe
Manteau inférieur
20
Fe,
Ni,
S
Noyau externe
Fe,
Noyau Ni
Interne
solide déformable
liquide
solide
Lehmann
Gutenberg
Moho
plastique
Discontinuités
sismiques
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froide
rigide
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1.4 Modèle dynamique : théorie des plaques
1968
D Surface du globe formée de plaques
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- déplacement les unes par rapport aux autres
- vitesse de l'ordre du cm/an
1.4 Modèle dynamique : théorie des plaques
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D Frontières entre les plaques → zones sismiques
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D Trois types de frontières et
mouvements entre plaques
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- Frontières divergentes
• plaques océaniques
•
• augmentation de la surface des plaques par accrétion
- Frontières convergentes
•
des plaques
(a) téléscopage de plaques continentales et orogénèse
(b) subduction d'une plaque océanique qui s'engloutit dans le manteau
- Frontières coulissantes (failles transformantes)
•
des plaques les unes par rapport aux autres
productrices d'un fort pourcentage de séismes
Plaques lithosphériques
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A quel rythme se font ces mouvements de divergence
et de convergence?
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En résumé ...
D Pourquoi les plaques se déplacent-elles ?
- Pas encore d'explication unanimement admise
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- Explication probable →
http://pubs.usgs.gov/publications/text/unanswered.html#anchor19928310
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D Déplacement des plaques
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