test Tp roches : vendredi12
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.
https://fr.m.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9othermie_%C3%A0_La_R%C3%A9union
- 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.1
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
modelisation-de-la-convection-video01.mpg
modelisation-de-la-convection-video02.mpg
modelisation-de-la-convection-video03.mpg
lac de lave video 5’16 : https://youtu.be/gIUTjaefr2s
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 [coupe ; décrire] sismique
logiciel : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/tomographie2/
Générateur de tomographies sismiques / Google earth : http://eduterre.ens-lyon.fr/eduterre-usages/formations/jamstec-tomo/jamstec-tomo
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.
Précisions : les caractéristiques d’un séisme sont dégagées à partir de l’étude de cas concrets et en utilisant des outils numériques enrichissant les possibilités d’analyse par les élèves. La connaissance des mécanismes au foyer n’est pas attendue.
1Donc en extrapolant le gradient géothermique mesuré en surface le centre de la terre devrait être à 30°C x 6 370 km = 191 100 °C et donc en fusion.
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