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Kh. GRAINE - Cours numéro 4 - Page 1 COURS GEOLOGIE. SNV/LMD Mme GRAÏNE-TAZEROU

Kh. GRAINE - Cours numéro 4 - Page 1 COURS GEOLOGIE. SNV/LMD Mme GRAÏNE-TAZEROUT Khadidja) (Revu 2017/2018-Dpt Géologie-FSTGAT/USTHB) (Quatrième cours : 7 pages avec les planches) Ce cours sera exposé sur une séance et demie STRUCTURE INTERNE DE LA TERRE (Deuxième partie) Discontinuités, enveloppes de la Terre et ses dénominations 1. Introduction Rappel du cours n°3 : La structure interne de la Terre désigne la répartition en enveloppes successives de l’intérieur de la Terre. Ces enveloppes, de plusieurs kilomètres d’épaisseur, ainsi que leurs limites ou surfaces de discontinuités, portent des noms spécifiques. On a cité 3 dénominations : croûte, manteau, noyau. Des interprétations géophysiques et géologiques vont préciser, affiner cette première subdivision. D’autres noms vont être ajoutés : croûte continentale et croûte océanique, discontinuité de Mohorovivic ou Moho, LVZ, lithosphère, manteau supérieur, asthénosphère, limite 670 km, manteau profond, discontinuité de Gutenberg, noyau liquide, discontinuité de Lehman, noyau solide. (Termes à connaitre et à retenir). _________________________________________________________________________ Signification du mot structure : très courant en géologie. _______________________________________________________________________________________ 2. Données sismologiques - Les ondes sismiques Grâce à la sismologie et au comportement des ondes sismiques P et S, notamment par leurs vitesses de propagation qui diffèrent en fonction des milieux traversés, on peut retrouver les profondeurs des limites et discontinuités et faire des interprétations sur la nature physico- chimique des enveloppes. Les ondes P ont la caractéristique de se propager dans les milieux solides et liquides. Les ondes S ne se propagent que dans les milieux solides. - Comparaison : rayons lumineux / ondes sismiques Les ondes sismiques sont des vibrations dont le comportement est comparable à celui des rayons lumineux. Ces derniers modifient obligatoirement leur vitesse et leur trajectoire en Cours n°4 Structure En géologie, c’est la façon dont sont disposées géométriquement des couches les unes par rapport aux autres. Exemple : A gauche, les couches présentent une structure horizontale. A droite, il s’agit de couches, ou enveloppes, concentriques (se referment autour d’un centre). Kh. GRAINE - Cours numéro 4 - Page 2 passant d’un milieu à un autre, par exemple air/eau. C’est le phénomène de réflexion / réfraction. Dans le cas de la réflexion (miroir), le rayon se réfléchit selon le même angle. La figure est symétrique. Dans le cas de la réfraction, le rayon traverse la lame de verre en formant un angle plus petit à la sortie. Les rayons sont déviés, réfractés ou réfléchis à chaque changement du milieu. On dit que les indices de réfraction, représentés par la lettre « n » de ces 2 milieux, sont différents. Rayon lumineux réfracté Indice de réfraction est calculé par le rapport entre la célérité (ou vitesse) de la lumière « c » dans le vide (où n=1) et celle « v » dans le milieu traversé : n = c / v, ou 1/v. - Cas des ondes sismiques 3. Sismologie et structure interne de la Terre : ondes P et S Le cheminement des ondes P et S depuis la surface « 0 » jusqu’à « 6371 kilomètres=rayon de la Terre » permet d’étudier l’intérieur du globe. Pour cela, le dispositif est le suivant : différentes stations sismiques sont réparties à la surface du globe. Dans chaque station il existe au moins 3 sismomètres disposés de façon telle que les ondes qui leur parviennent sont enregistrées dans les 3 directions de l’espace. Disposition des stations à surface du globe Lorsqu’un séisme a lieu, on constate que les ondes qui parviennent de n’importe quel foyer sismique donnent toujours les mêmes sismogrammes. Définition Indice de réfraction : Il s’exprime par un nombre qui caractérise la vitesse de propagation de la lumière dans le milieu concerné. Ex : nair =1,0003 et neau =1,3329 et nquartz : 1,55 Nquartz : Un séisme (point rouge) émet des ondes de surface et des ondes qui pénètrent en profondeur avant de ressortir à la surface. Les ondes de surfaces sont les « ondes L ». Les ondes P et S sont les ondes de volume qui pénètrent en profondeur, soumises aux lois de la réflexion / réfraction (dites de Snell/Descartes). Ce sont elles qui apportent des indications sur la structure de la Terre. Kh. GRAINE - Cours numéro 4 - Page 3 - La ressemblance à l’échelle du globe de tous les diagrammes, amène à déduire que l’intérieur de la Terre possède une structure sphérique. - La propagation et le trajet des ondes sismiques, montrent que les vitesses des ondes P et S subissent des modifications brutales (réflexion-réfraction) lorsqu’elles s’enfoncent à l’intérieur de la Terre. On en déduit que l’intérieur de la Terre n’est pas homogène. - Certaines profondeurs sont traversées par les zones P. On conclut à l’existence de matériaux solides et /ou liquides. D’autres milieux ne sont traversés que par les ondes S, l’interprétation amène à dire que d’autres enveloppes traversées sont solides. A retenir : 4. Discontinuités, limites et enveloppes de la Terre De la surface jusqu’au centre de la Terre qui correspond à son rayon, on distingue 3 discontinuités (D) et 2 limites. Surface de la Terre (Mers et montagnes) . 6371 km (Rayon = profondeur de la Terre) Récapitulation : définition discontinuité et limite: Au sein de la Terre, une discontinuité est une surface imaginaire obtenue par des calculs et suite à des interprétations. Elle est repérée par des modifications brutales de la vitesse de propagation des ondes sismiques. Elle sépare des enveloppes de nature différentes. Si la surface n’est pas nette, on parle de limites. 10km 70km D. du Moho LVZ 150/200 km Limite 670km D de Gutenberg 2900 km D de Lehmann 5100 km A retenir Discontinuités et limites : 3 discontinuités majeures et 2 limites Profondeurs en kilomètres :  D. du Moho : de 10 à 70 km  LVZ : 150/200 km  Limite 670 km  Discontinuité de Gutenberg : 2900 km  Discontinuité de Lehmann : 5100 km La sismologie met en évidence des surfaces de discontinuités et des limites montrant ainsi que la structure interne de la Terre n’est pas homogène. Cette hétérogénéité (contraire d’homogénéité) donne au globe une structure en enveloppes concentriques où alternent des états solides et liquides. Leur densité, leur nature pétrographique et chimique, leur température, sont également différentes d’une enveloppe à une autre. Kh. GRAINE - Cours numéro 4 - Page 4 Ces discontinuités et limites vont déterminer les enveloppes. Les subdivisions en croûte, manteau et noyau vont être affinées. a- La Discontinuité de Mohorovicic ou MOHO et la CROUTE TERRESTRE Cette discontinuité a été détectée par Mohorovicic (1909, Croatie) qui lui donna son nom et abrégée Moho. Les ondes P, ont sur les premiers kilomètres qu’on précisera plus bas, une vitesse de 7 km/s. Carte du monde montrant la position du Moho (en bas) La Moho est variable (comme le montre la carte du globe) : Sous les continents il est à 70 km (en moyenne) de profondeur. Sous les océans et les mers, il se trouve à 10 km (en moyenne). Au sein de la Terre le Moho délimite une première enveloppe : la croûte terrestre qui affleure à la surface de la Terre. Elle est rigide (dure). On distingue 2 types de croûtes dont la nature pétrographique des roches et la densité sont très différentes. (Voir encadré) A retenir La discontinuité du Moho est majeure : elle sépare la croûte terrestre du manteau terrestre Continent (Montagnes) Océan CROUTE CONTINENTALE ou granitique MOHO CROUTE Océanique ou basaltique Manteau Croûte terrestre : croûte continentale + croûte océanique : Rigide. Profondeur du Moho sous les continents : 70 km (en moyenne) 1- Croûte continentale : granitique. Densité d : 2,65 (plus légère que la croûte océanique). Sous les océans : Moho à 10 km (en moyenne). 2- Croûte océanique : basaltique, densité d : 2,90 70 km 10 km Moho D. de Gutenberg Le rayon rouge se réfracte sur une discontinuité Le Moho Sous le Moho : le Manteau terrestre (Une enveloppe) Kh. GRAINE - Cours numéro 4 - Page 5 Granite : Vp : 6,25 km/s Basalte : Vp : 6,75 km/s Péridotite Vp : 8 km/s. d=3,3 Sous le Moho débute le Manteau terrestre dans lequel on distingue deux limites, la LVZ et la limite « 670 km ». b- La Low Velocity Zone (LVZ) et la LITHOSPHERE  La lithosphère est une enveloppe solide En quittant la croûte terrestre, en descendant un peu dans le manteau, les ondes P traversent une enveloppe encore rigide, mais formée de roches appelées péridotites (photo) dans lesquelles la vitesse et la densité augmentent. Arrivées à une profondeur de 150-200 km à partir de la surface, les ondes marquent une légère diminution de leur vitesse. Il ne s’agit pas d’une discontinuité, mais comme son nom l’indique, d’une « zone » (une bande), qui indique une limite dénommée en anglais : Low Velocity Zone ou LVZ, en français : zone à faible vitesse. Cette partie rigide du manteau est ajoutée à la croûte terrestre, elle-aussi rigide pour former la LITHOSPHERE ou MANTEAU LITHOSPHERIQUE. On parle également de MANTEAU PERIDOTITIQUE (car formées de uploads/Geographie/ cours-no4-geologie.pdf