Chapitre 1-La structure du globe terreste

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· Savoir:

-La distribution bimodale des altitudes observée entre continents et le fond des océans reflète un contraste géologique, qui se retrouve dans la nature des roches et leur densité.

-Si la composition de la croûte continentale présente une certaine hétérogénéité visible en surface (roches magmatiques, sédimentaires, métamorphiques), une étude en profondeur révèle que les granites en sont les roches les plus représentatives.

· Savoir-faire:

-Mettre en relation des cartes et/ou des logiciels de visualisation des reliefs avec la courbe de distribution bimodale.

-Utiliser des cartes géologiques (carte géologique mondiale) comme des données d’observation directe (faille VEMA, forages) pour identifier les compositions des croûtes océaniques et continentales.

-Utiliser la carte de France au millionième pour identifier la répartition des principaux types de roches sur le territoire.

-Effectuer des mesures de densité sur des roches continentales et océaniques.

-Mener une observation comparative des roches des croûtes océanique et continentale (composition, structure, etc.).

Topics of Course

Unité 1-Domaine océanique et domaine continental
La distribution bimodale des altitudes observée entre continents et le fond des océans reflète un contraste géologique qui se retrouve dans la nature des roches et leur densité. Si la composition de la croûte continentale présente une certaine hétérogénéité visible en surface (roches magmatiques, sédimentaires, métamorphiques), une étude en profondeur révèle que les granites en sont les roches les plus représentatives.

Unité 2-Les principales roches de la croûte terrestre
Le fond des océans est recouvert d'une couche de sédiments relativement fine. En dessous, se trouve la croûte océanique, constituée en général de deux roches, le basalte et le gabbro. Il s'agit de deux roches magmatiques, c'est-à-dire issues du refroidissement et de la solidification d'un magma. Basalte et gabbro partagent une même composition chimique et minéralogique (on y trouve surtout des cristaux de pyroxène et de feldspath). Cependant, ces deux roches présentent des textures différentes : alors que le gabbro est entièrement constitué de cristaux de grande taille au contact les uns avec les autres (texture grenue), le basalte présente peu ou pas de grands cristaux, mais une grande quantité de très petits cristaux (les microlites) dispersés dans un matériau minéral non cristallisé (amorphe).La texture du basalte est qualifiée de microlitique. La surface des continents présente une grande diversité de roches : des roches sédimentaires, des roches magmatiques, mais aussi des roches métamorphiques. La roche la plus représentative de la croute continentale est une roche magmatique, le granite. De texture grenue, Le granite est constitué d'une association caractéristique de minéraux (quartz, feldspaths et micas). Sa composition chimique est différente de celle du basalte et du gabbro: plus riche en silice et en potassium, le granite contient en revanche moins de fer. Sa densité est un peu plus faible que celle du gabbro et du basalte : 2,7 contre 3.

Unité 3-Séismes et structure interne du globe terrestre
Un séisme résulte de la libération brutale d'énergie lors de la rupture de roches soumises à de fortes contraintes. L'énergie libérée au foyer du séisme se dissipe sous forme d'ondes sismiques qui se propageant à l'intérieur des roches et à leur surface. Ces ondes, émises dans toutes les directions, peuvent être enregistrées à une très grande distance du foyer du séisme, sous forme de graphiques appelés sismogrammes. Ceux-ci révèlent plusieurs types d'ondes : Les ondes P (Premières), les plus rapides, qui se propagent à travers les solides et les fluides Les ondes S (Secondes), qui ne se propagent que dans les milieux solides. Les ondes « de surface » ne se propagent que dans les couches superficielles du globe; ce sont les moins rapides, mais elles sont responsables de la plupart des dégâts.

Unité 4-Le Moho, entre croûte et manteau
Lorsqu'une onde sismique atteint une discontinuité, c'est-à-dire la limite entre deux milieux aux propriétés physico-chimiques différentes, elle est en partie réfractée et en partie réfléchie. L'étude de la propagation des ondes P et S à l'intérieur du globe permet de mettre en évidence la discontinuité de Mohorovicic, ou Moho qui sépare la croûte du manteau. Elle est constituée d'une roche de plus forte densité (3,3), la péridotite. La profondeur du Moho (donc l'épaisseur de la croûte) est très variable: en moyenne, elle est voisine de 7 km sous les océans, de 30 km sous les continents.

Unité 5-Les discontinuités profondes du globe terrestre
Pour chaque séisme, il existe une large zone du globe où les stations d'enregistrement ne reçoivent aucune onde directe : cette « zone d'ombre » révèle l'existence de la discontinuité de Gutenberg, située à 2 900 km de profondeur. Elle sépare le manteau d'un milieu plus dense, le noyau constitué principalement de fer. La discontinuité de Lehmann, située à 5 150 km de profondeur, sépare ce noyau externe, liquide, du noyau interne ou graine, solide. Ce modèle concentrique de la structure interne du globe, basée sur les études sismologiques constitue le modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model).

Unité 6-Lithosphère et asthénosphère
L'étude de la vitesse des ondes sismiques en fonction de la profondeur montre en général sous les continents comme sous les océans une diminution des vitesses pour des profondeurs supérieures à 100 km, et sur une épaisseur d'environ 200 km : c'est la LVZ (Low Velocity Zone) ou zone de faible vitesse. On appelle lithosphère l'ensemble des roches rigides situées au dessus de cette limite, et asthénosphère les roches ductiles situées en dessous. La lithosphère comprend ainsi la croûte (océanique ou continentale) et la partie rigide du manteau (manteau lithosphérique).

Unité 7-Le profil thermique de la terre
La température augmente avec la profondeur suivant une courbe nommée géotherme. Ce profil d'évolution de la température interne présente des différences suivant les enveloppes internes de la Terre, qui s'expliquent par les modes de transfert de l'énergie thermique. Dans la lithosphère rigide, la chaleur est évacuée par conduction, alors que dans le manteau, elle est évacuée par convection, mécanisme plus efficace de transfert thermique. Cette différence de dissipation de l'énergie thermique interne explique le contraste entre le gradient géothermique élevé dans la lithosphère et faible dans le manteau situé en dessous.

Unité 8-l’hétérogénéité thermique du manteau
La tomographie sismique permet d'identifier des variations localisées de température a l'intérieur du globe (anomalies thermiques), a partir des variations de vitesse des ondes sismiques par rapport au modèle PREM. En traversant les zones froides, plus rigides, les ondes sismiques sont accélérées alors qu'au niveau des zones plus chaudes, moins rigides, les ondes sont ralenties. Dans les zones de subduction, une anomalie thermique négative correspond à l’enfoncement de la lithosphère, plus froide, dans l’asthénosphère. Au niveau des zones volcaniques de point-chaud, il est possible de déceler une anomalie thermique positive à l’intérieur du manteau. Il s’agit d’un panache de matériel chaud provenant du manteau profond et remontant localement par convection thermique. La tomographie sismique permet de révéler des hétérogénéités thermiques au sein du manteau dans certaines régions du globe (fosses océaniques, volcans de point chaud).

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