Cours de Géologie générale – Licence 1

La structure interne de la Terre est connue indirectement, surtout grâce à la propagation des ondes sismiques. Du centre vers la surface, on distingue la graine (noyau interne solide), le noyau externe liquide, le manteau et la croûte, séparés par des discontinuités (Gutenberg, Lehmann, Moho). La croûte est continentale (granitique, épaisse et peu dense) ou océanique (basaltique, mince et plus…

5 chapitres · exercices corrigés et quiz dans l'application

Programme : les chapitres

Chapitre à lire gratuitement : Structure du globe terrestre

1. Les méthodes d'étude de l'intérieur de la Terre

Le rayon moyen de la Terre est d'environ 6 371 km, alors que les forages les plus profonds dépassent à peine 12 km. On doit donc recourir à des méthodes indirectes :

• la sismologie (étude des ondes émises par les séismes), la plus importante ;
• la gravimétrie, le magnétisme et le flux de chaleur ;
• l'étude des météorites, dont la composition renseigne sur celle du globe ;
• l'étude de roches venues du manteau, remontées par des volcans (xénolites, péridotites).

2. Les ondes sismiques

Un séisme libère de l'énergie à partir du foyer (hypocentre). Le point de la surface à la verticale est l'épicentre. Deux types d'ondes de volume se propagent :

• les ondes P (primaires), de compression, se propagent dans les solides et les liquides, et sont les plus rapides (environ 6 km/s dans la croûte) ;
• les ondes S (secondaires), de cisaillement, ne se propagent pas dans les liquides et sont plus lentes (environ 3,5 km/s dans la croûte).

Les ondes de surface (Love, Rayleigh), plus lentes, causent l'essentiel des dégâts.

Distance à l'épicentre : d = Δt × (vP × vS) / (vP − vS)

Δt est l'écart entre l'arrivée des ondes S et celle des ondes P. Trois stations donnent trois cercles dont l'intersection localise l'épicentre (triangulation).

3. Le modèle en couches

Les variations de vitesse, avec des sauts brusques, définissent des discontinuités :

• la discontinuité de Mohorovičić (Moho), entre la croûte et le manteau, à environ 35 km de profondeur sous les continents et 7 km sous les océans ;
• la discontinuité de Gutenberg, à environ 2 900 km, entre le manteau et le noyau externe liquide : les ondes S disparaissent et les ondes P ralentissent, d'où la zone d'ombre ;
• la discontinuité de Lehmann, à environ 5 100 km, entre le noyau externe liquide et la graine solide.

Résumé : croûte (0 à 35 km), manteau (jusqu'à 2 900 km), noyau externe liquide (2 900 à 5 100 km), graine solide (5 100 à 6 371 km).

4. Composition des enveloppes

• Croûte continentale : roches granitiques et métamorphiques, riches en silice et aluminium, densité d'environ 2,7.
• Croûte océanique : basaltes et gabbros, riches en silice, fer et magnésium, densité d'environ 3,0, âge inférieur à 200 millions d'années.
• Manteau : péridotite, roche à olivine et pyroxènes, densité d'environ 3,3 en haut du manteau.
• Noyau : alliage de fer et de nickel avec des éléments légers.

La densité moyenne de la Terre, voisine de 5,5, est supérieure à celle des roches de surface : l'intérieur est donc beaucoup plus dense.

5. Lithosphère et asthénosphère

La lithosphère (croûte et partie supérieure rigide du manteau, 100 km d'épaisseur en moyenne) est rigide et découpée en plaques. Elle repose sur l'asthénosphère, partie du manteau supérieur plus chaude, à comportement plastique, où les ondes sismiques ralentissent (zone de faible vitesse). C'est un contraste de comportement mécanique, non de composition.

6. Température et gradient géothermique

La température augmente avec la profondeur. Dans les premiers kilomètres de la croûte, le gradient géothermique moyen est d'environ 30 °C par km. Il diminue ensuite en profondeur. La chaleur interne vient de la désintégration des éléments radioactifs (uranium, thorium, potassium 40) et de la chaleur initiale de formation de la Terre.

T(z) = T0 + g × z

T0 est la température de surface et g le gradient géothermique.

7. L'isostasie

La lithosphère flotte sur l'asthénosphère comme un bloc de bois sur l'eau : les reliefs élevés possèdent des racines crustales épaisses (modèle d'Airy), ce qui explique l'épaisseur plus forte de la croûte sous les chaînes de montagnes. L'érosion allège la chaîne, qui se relève lentement ; la fonte des glaciers provoque un relèvement du sol (rebond post-glaciaire).

8. Retenir l'essentiel

• Les ondes P traversent solides et liquides ; les ondes S seulement les solides.
• Discontinuités : Moho (35 km), Gutenberg (2 900 km), Lehmann (5 100 km).
• Croûte continentale : granitique, légère, épaisse ; croûte océanique : basaltique, dense, mince.
• Lithosphère rigide sur asthénosphère plastique.
• Pour localiser un épicentre, il faut au moins trois stations.