Cours de première année de Sciences de la Terre Université de Lyon 1

1. La Terre
Partie 1 : Structure et composition

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

3. 1. La Terre observable directement

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. La Terre observable directement

5. 1. La Terre observable directement

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

7. Croûte océanique. Croûte continentale.
JP Bourseau,UCBL1.
1. La Terre observable directement

8. 2. La forme de la Terre et sa gravité

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. La forme de la Terre et sa gravité

10. L’accélération de la pesanteur est la résultante de 2 forces (Fn >> Fc) :
g = 9.8 m/s².
g = f (rayon ; distribution des masses)
g « pôles » = 9.83 m/s²
g « équateur » = 9.78 m/s².
2. La forme de la Terre et sa gravité

11. Rayon polaire = 6356.77 km
Rayon équatorial = 6374.16 2. 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.
La forme de la Terre et sa gravité

12. Différences entre géoïde et ellipsoïde en mètres
2. La forme de la Terre et sa gravité

13. Le géoïde varie car
A. L’axe de rotation de la
Terre est incliné
B. La température varie
latéralement à l’intérieur
de la Terre
C. La composition varie
latéralement à l’intérieur
de la Terre
D. Il y a des anomalies
magnétiques sur les fonds
marins
E. Les continents bougent
latéralement

14. 3. La sismologie
Près de l’épicentre
Déformation permanente : cassante, les failles
Nevada, 16 décembre 1954
USGS

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

16. 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. La sismologie
Vibrations du sols : les ondes sismiques

17. 3. La sismologie

18. De quel type d’onde s’agit-til ?
A. Onde P
B. Onde S
C. Onde de surface
D. Je ne sais pas

19. De quel type d’onde s’agit-til ?
A. Onde P
B. Onde S
C. Onde de surface
D. Je ne sais pas

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

21. Liquide Solide
Modèle radial de Terre
Solide
3. La sismologie

22. Tomographie sismique : échographie du manteau terrestre
3. La sismologie
E. Debayle, 2005

23. •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. Composition du manteau et du noyau
Comment interpréter les modèles de
vitesses sismiques ?

24. Un modèle géochimique
Composition chimique initiale de la Terre
• Composition de la
nébuleuse ~composition
du soleil (99.9% masse
totale)
• Composition des plus
vieilles météorites
(chondrites 4.562Ga)
4. Composition du manteau et du noyau

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

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

27. Si on connaît la composition en Nickel des
chondrites alors
A. La composition en Nickel
du manteau vaut 1,5 fois
celle de la chondrite
B. La composition en Nickel
du noyau vaut 3 fois celle
de la chondrite
C. La composition du Nickel
du manteau = composition
de la chondrite
D. Je ne sais pas

28. Un modèle géochimique
Composition chimique de la Terre
Tous les éléments ne sont pas totalement réfractaires,
totalement sidérophiles ou lithophiles…
4. Composition du manteau et du noyau

29. Un modèle minéralogique
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.
4. Composition du manteau et du noyau

30. Un modèle minéralogique
Les roches du manteau : Les péridotites
Olivine > 50%
Pyroxènes < 50%
Oxydes d’Aluminium < 10%
4. Composition du manteau et du noyau

31. Un modèle minéralogique
Conditions P-T de l’intérieur de la Terre
4. Composition du manteau et du noyau

32. Un modèle minéralogique
Expériences de choc ou en écrasement
P = Force/Surface
Un exemple : la cellule
à enclume de diamants
Echantillon Laser
4. Composition du manteau et du noyau

33. Comprimer une olivine, le composant principal des
péridotites
Olivine a
Changements de phases
(Fe,Mg)2SiO4
Orthorombique 25GPa  Pérovskite
(Fe,Mg)SiO3
Cubique
120GPa
Post-Pérovskite
(Fe,Mg)SiO3
Pression
Un modèle minéralogique
4. Composition du manteau et du noyau

34. 4. Composition du manteau et du noyau

35. Post-perovskite

36. 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