Cours 4 : Structure et composition de la Terre

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Support du cours pour la classe inversée Structure et composition de la Terre
Licence première année, Géosciences 1
Université Claude Bernard Lyon 1

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Cours 4 : Structure et composition de la Terre

  1. 1. La Terre Partie 1 : Structure et composition
  2. 2. Comment observer l’intérieur de la Terre? ~10km maximum
  3. 3. 1.LaTerreobservabledirectement
  4. 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. 5. 1.LaTerreobservabledirectement
  6. 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. 7. Croûte océanique. Croûte continentale. JP Bourseau,UCBL1. 1.LaTerreobservabledirectement
  8. 8. 2.LaformedelaTerreetsagravité
  9. 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. 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. 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. 12. Différences entre géoïde et ellipsoïde en mètres 2.LaformedelaTerreetsagravité
  13. 13. 3.Lasismologie Déformation permanente : cassante, les failles Près de l’épicentre Nevada, 16 décembre 1954 USGS
  14. 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. 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. 16. 3.Lasismologie
  17. 17. Ondes réfléchies, transmises (c=réflechie sur noyau, K=transmise dans le noyau) 3.Lasismologie Les différentes phases observées
  18. 18. Liquide Solide Solide Modèle radial de Terre3.Lasismologie
  19. 19. Tomographie sismique : échographie du manteau terrestre 3.Lasismologie E. Debayle, 2005
  20. 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. 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. 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. 23. Un modèle géochimique Composition du manteau et du noyau Noyau riche en sidérophiles Manteau riche en lithophiles 2 1 3 4.Compositiondumanteauetdunoyau
  24. 24. Composition chimique de la Terre Tous les éléments ne sont pas totalement réfractaires, totalement sidérophiles ou lithophiles… Un modèle géochimique4.Compositiondumanteauetdunoyau
  25. 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. 26. Les roches du manteau : Les péridotites Olivine > 50% Pyroxènes < 50% Oxydes d’Aluminium < 10% Un modèle minéralogique4.Compositiondumanteauetdunoyau
  27. 27. Conditions P-T de l’intérieur de la Terre Un modèle minéralogique4.Compositiondumanteauetdunoyau
  28. 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. 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. 30. 4.Compositiondumanteauetdunoyau
  31. 31. Post-perovskite
  32. 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

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