La TerrePartie 1 : Structure et composition

Comment observer l’intérieur de la

Terre?

~10km maximum

1. L

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cte

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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. L

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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

. L

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Croûte océanique. Croûte continentale.

JP Bourseau,UCBL1.

1. L

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2. L

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gra

vit

é

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. L

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é

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. L

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é

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 km

2. L

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Différences entre géoïde et ellipsoïde en mètres

2. L

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é

3. L

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olo

gie

Déformation permanente : cassante, les failles

Près de l’épicentre

Nevada, 16 décembre 1954

USGS

Ondes sismiques

Plus loin, des vibrations, des ondes qui se propagent.

La déformation n’est pas permanente :

déformation élastique.

2. L

a s

ism

olo

gie

Northridge, CA 1994USGS

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. L

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olo

gie

Vibrations du sols : les ondes sismiques

3. L

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gie

Ondes réfléchies, transmises(c=réflechie sur noyau, K=transmise dans le noyau)

3. L

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gie

Les différentes phases observées

Liquide Solide

Solide

Modèle radial de Terre 3

. L

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ism

olo

gie

Tomographie sismique : échographie du manteau terrestre3

. L

a s

ism

olo

gie

E. Debayle, 2005

•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. C

om

po

sit

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du

ma

nte

au

et

du

no

ya

u

Comment interpréter les modèles de

vitesses sismiques ?

• 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

. C

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du

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u

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

. C

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Un modèle géochimique

Composition du manteau et du noyau

Noyau riche en sidérophiles

Manteau riche en lithophiles

21

34. C

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u

Composition chimique de la TerreTous les éléments ne sont pas totalement réfractaires,

totalement sidérophiles ou lithophiles…

Un modèle géochimique4

. C

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ya

u

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

. C

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Les roches du manteau : Les péridotites

Olivine > 50%

Pyroxènes < 50%

Oxydes d’Aluminium < 10%

Un modèle minéralogique4

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Conditions P-T de l’intérieur de la Terre

Un modèle minéralogique4

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Echantillon Laser

Expériences de choc ou en écrasement

Un exemple : la cellule

à enclume de diamants

P = Force/Surface

Un modèle minéralogique4

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Comprimer une olivine, le composant principal des

péridotites

Olivine a

(Fe,Mg)2SiO4Orthorombique 25GPa Pérovskite

(Fe,Mg)SiO3

Cubique

120GPa

Post-Pérovskite

(Fe,Mg)SiO3

Pression

Changements de phases

Un modèle minéralogique4

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4. C

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Post-perovskite

Ce qu’il faut retenir

• La sismologie permet de sonder indirectementl’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

Co

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