2,1,3/
L’apport des études thermiques à la connaissance du globe
terrestre
Grâce
au croisement de différentes méthodes, la connaissance de la
structure thermique du globe, les données thermiques permettent
l’explication de mécanismes géologiques.
1/
Gradient géothermique
-
Analyser des courbes d’augmentation de la température en fonction
de la profondeur (mines, forages) ; croiser des données thermiques,
des données de composition chimique, avec les données sismiques
pour comprendre le modèle de la structure thermique de la Terre.
-
Calculer la température au centre de la Terre en utilisant le
gradient géothermique de surface et apprécier sa validité au
regard de l’état physique des matériaux.
Le gradient moyen en Europe est d'environ
0,03 K/m ; 30 °C par kilomètre
L’étude de la propagation des ondes sismiques
montre que le centre de la terre est solide (graine) : la
température de la terre n’évolue donc pas de manière linéaire :
La
température interne de la Terre croît avec la profondeur (gradient
géothermique).
2/ Deux modes de transferts thermiques
-
Réaliser des modèles analogiques pour appréhender la conduction et
la convection.
Lampe à cire+eau
conduction :
mouvement de chaleur sans déplacement de matière
convection :
mouvement de chaleur par déplacement de matière
Le
profil d’évolution de la température interne présente des
différences suivant les enveloppes internes de la Terre, liées aux
modes de transfert thermique : la conduction et la convection. Le
manteau terrestre est animé de mouvements de convection, mécanisme
efficace de transfert thermique.
3/ Tomographie sismique
-
Montrer l’existence d’hétérogénéités thermiques dans le
manteau par des données de tomographies sismiques, tout en attirant
l’attention sur l’amplitude des variations par rapport au modèle
PREM.
Tomographie sismique [coupe ; décrire]
La
propagation des ondes sismiques dans la Terre révèle des anomalies
de vitesse par rapport au modèle PREM. Elles sont interprétées
comme des hétérogénéités thermiques au sein du manteau.
Bilan / L’apport des études sismologiques et
thermiques à la connaissance du globe terrestre
Connaissances
Un
séisme résulte de la libération brutale d’énergie lors de
rupture de roches soumises à des contraintes.
Les
informations tirées du trajet et de la vitesse des ondes sismiques
permettent de comprendre la structure interne de la Terre (croûte –
manteau – noyau ; modèle sismique PREM [Preliminary Reference
Earth Model], comportement mécanique du manteau permettant de
distinguer lithosphère et asthénosphère ; état du noyau externe
liquide et du noyau interne solide).
Les
études sismologiques montrent les différences d’épaisseur entre
la lithosphère océanique et la lithosphère continentale.
L’étude
des séismes au voisinage des fosses océaniques permet de
différencier le comportement d’une lithosphère cassante par
rapport à une asthénosphère plus ductile.
La
température interne de la Terre croît avec la profondeur (gradient
géothermique). Le profil d’évolution de la température interne
présente des différences suivant les enveloppes internes de la
Terre, liées aux modes de transfert thermique : la conduction et la
convection. Le manteau terrestre est animé de mouvements de
convection, mécanisme efficace de transfert thermique.
La
propagation des ondes sismiques dans la Terre révèle des anomalies
de vitesse par rapport au modèle PREM. Elles sont interprétées
comme des hétérogénéités thermiques au sein du manteau.
Notions
fondamentales : contraintes, transmission des ondes sismiques,
failles, réflexion, réfraction, zones d’ombre.
Objectifs
: l’étude sismologique permet d’affiner la compréhension de la
structure du globe terrestre et de la lithosphère au-delà de la
vision du risque sismique appréhendé en
collège.
Grâce
au croisement de différentes méthodes, la connaissance de la
structure thermique du globe, les données thermiques permettent
l’explication de mécanismes géologiques.
Capacités
-
Consulter et exploiter une base de données sismologiques.
-
Traiter des données sismologiques.
-
Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à
l’aide de dispositifs d’expérimentation assisté par ordinateur,
ou des microcontrôleurs pour étudier la propagation d’ondes à
travers des matériaux de nature pétrographique différente ou de
comportement mécanique différent.
-
Étudier par expérimentation assistée par ordinateur et/ou par
modélisation analogique les paramètres à l’origine des
modifications de la vitesse des ondes (nature du matériau, de sa
rigidité/plasticité, effet de la température).
-
Étudier la propagation profonde des ondes (zone d’ombre, mise en
évidence des discontinuités) en utilisant les lois de
Snell-Descartes et/ou mettant en oeuvre un modèle analogique pour
montrer les zones d’ombre.
-
Utiliser des profils de vitesse et de densité du modèle PREM.
-
Analyser des courbes d’augmentation de la température en fonction
de la profondeur (mines, forages) ; croiser des données thermiques,
des données de composition chimique, avec les données sismiques
pour comprendre le modèle de la structure thermique de la Terre.
-
Calculer la température au centre de la Terre en utilisant le
gradient géothermique de surface et apprécier sa validité au
regard de l’état physique des matériaux.
-
Réaliser des modèles analogiques pour appréhender la conduction et
la convection.
-
Montrer l’existence d’hétérogénéités thermiques dans le
manteau par des données de tomographies sismiques, tout en attirant
l’attention sur l’amplitude des variations par rapport au modèle
PREM.
