Quelle est la composition de la lithosphère ?

  A2/ Etude de la lithosphère par sismologie / logiciels sismolog, excel et densitométrie

Au début du 20ème siècle, la découverte de la discontinuité du Moho qui sépare le manteau et la croute, la mise en évidence de la distribution bimodale des altitudes et l’étude des ondes sismiques mettent en évidence une différence de roches entre la croute océanique, la croute continentale et les roches du manteau.

On a pu déterminer que la vitesse des ondes sismiques était plus importante dans le manteau que dans la croute  océanique, elle même plus importante que dans la croute continentale. La vitesse d’onde sismique est influencée par la densité des roches.

Problème : quelles sont les caractéristiques des roches du sous-sol des domaines continental, océanique et du manteau ?

Objectif 1 : Déterminer quelles roches appartiennent à quel domaine grâce à l’étude des densités.

Matériel :

- une balance

- deux éprouvettes graduées

- un bécher

- 3 échantillons de roches

Ressource 1: Tableau montrant la vitesse des ondes en fonction du domaine qui les traversent, (source : académie de Montpellier)

Roche appartenant au domaine :	Echantillon :	Vitesse des ondes
Continental	2	6,25
Océanique	1	6,75
mantellique	3	8

Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème (durée 5 min)

Proposer une démarche de résolution permettant de répondre au problème

Votre réponse s’accompagnera des résultats attendus

Appeler le professeur pour vérifier votre proposition

Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution

Mettre en œuvre le protocole pour montrer que la différence de vitesse dépend de la densité 

Appeler l’examinateur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide.

Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer

Sous la forme de votre choix, traiter les données obtenues pour les communiquer

Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème

Exploiter les résultats pour déterminer quels échantillons appartiennent à quel domaine grâce à l’étude de la densité.

Objectif 2 : Déterminer l’épaisseur du moho grâce à l’étude des ondes sismiques.

Matériel :

• logiciel sismolog
• Fichier excel

Détermination de la profondeur du Moho à partir de la lecture de sismogrammes :

Trajet des ondes directes et réfléchies depuis le foyer du séisme jusqu’à la station d’enregistrement

La détermination de la profondeur H du Moho est basée sur le trajet des deux trains d’ondes P recueillis par certaines stations : les ondes P directes et les ondes P indirectes (ondes PmP ayant subi une réflexion sur la discontinuité de Mohorovicic). À partir de la mesure du retard des ondes PmP par rapport aux ondes Pg, on obtient la valeur de H.

La formule mathématique conduisant au calcul du Moho à partir de la mesure du retard t (= TPmP – TP) des ondes PmP par rapport aux ondes P est :

V = vitesse des ondes P dans la croûte. On admettra que la croûte continentale propage les ondes P à la vitesse de 6,25 km.s-1.

Repérage des ondes PmP sur un sismogramme 

Informations sur le séisme du 19 janvier 1991 enregistré par la station  OG02 (Annemasse) :

profondeur du foyer = 11 km ; distance (station, épicentre) = 63,3 km

Protocole :

• Avec le logiciel Sismolog :

• Ouvrir le sismogramme (Fichier/ Ouvrir un séisme de la base) sélectionné le séisme du 19/01/1991.
• Désélectionner tous les tracés sauf OG02
• Pointer l’arrivée des ondes PmP (voir précautions ci-dessous) et déterminer le retard des ondes PmP, en secondes, par rapport aux ondes P directes.

• Avec le tableur : saisir toutes les données utiles et calculer la profondeur du Moho

Résultats & CORRECTION

Roche appartenant au domaine :	Echantillon :	Vitesse des ondes	Densité	Échantilon
Continental	2	6,25	2,7	granite
Océanique	1	6,75	2,9	basalte
mantellique	3	8	3,	péridotite

Séisme du 19/01/1991 :

Sismogramme reçu par la station OG02 (Annemasse).

Profondeur focale h = 11 km
Distance épicentrale Δ = 63,3 km

Arrivée des ondes P à 3 h 12 min 15,580 s
Arrivée des ondes PMP à 3 h 12 min 18,540 s
Arrivée des ondes S à 3 h 12 min 23,080

Retard des ondes PMP δt = 2,96 s
Profondeur du Moho H = 32,1 km

2,95- à 3,02 seconde de retard => entre 31 et 31.5 km de profondeur du Moho.