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Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

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Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

  • 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
  • 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
  • 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