cours 4 : structure et composition de la terre
TRANSCRIPT
La TerrePartie 1 : Structure et composition
Comment observer l’intérieur de la
Terre?
~10km maximum
1. L
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La croûte continentale = granite, gneiss, granodiorite et granulites.
Plan de foliation
Plan de diaclase
Granite et granodiorite=
roches magmatiques
plutoniques.
Gneiss et granulites = roche
métamorphiques.
Reboulet S.
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Basalte avec une enclave de péridotite.
Basalte vacuolaire (pas de connection entre les vacuoles).
Basalte à vacuoles étirées
La croûte océanique = basalte et gabbro.1
. L
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Croûte océanique. Croûte continentale.
JP Bourseau,UCBL1.
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La surface des océans peut se concevoir comme une surface de niveau
(= « altitude gravitaire ») qui est contrôlée essentiellement par la gravité
(on ne tient pas compte des effets périodiques comme les marées et la houle).
La surface océanique représente à l'équilibre une partie de surface sur laquelle
le potentiel de pesanteur est constant (même g) = surface équipotentielle : le
géoïde.
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L’accélération de la pesanteur est la résultante de 2 forces (Fn >> Fc) :
g = 9.8 m/s².
g = f (distance ; distribution des masses)
g « pôles » = 9.83 m/s²
g « équateur » = 9.78 m/s².
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CLAIRAUT (18ème s.) la Terre a la forme d’un ellipsoïde de révolution
Rotation (force centrifuge) Terre aplatie aux pôles et gonflée
à l’équateur.
Rayon polaire = 6356.77 km
Rayon équatorial = 6374.16 km
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Différences entre géoïde et ellipsoïde en mètres
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3. L
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Déformation permanente : cassante, les failles
Près de l’épicentre
Nevada, 16 décembre 1954
USGS
Ondes sismiques
Plus loin, des vibrations, des ondes qui se propagent.
La déformation n’est pas permanente :
déformation élastique.
2. L
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Northridge, CA 1994USGS
Une onde est la propagation d'une
perturbation produisant sur son passage une
variation réversible de propriétés physiques
locales. Elle transporte de l'énergie sans
transporter de matière.
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Vibrations du sols : les ondes sismiques
3. L
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Ondes réfléchies, transmises(c=réflechie sur noyau, K=transmise dans le noyau)
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Les différentes phases observées
Liquide Solide
Solide
Modèle radial de Terre 3
. L
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Tomographie sismique : échographie du manteau terrestre3
. L
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E. Debayle, 2005
•Avoir une idée de la composition chimique de la
Terre
•Reproduire en laboratoire les conditions de
Pression et de Température de l’intérieur de la
Terre
4. C
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Comment interpréter les modèles de
vitesses sismiques ?
• Composition de la
nébuleuse ~composition
du soleil (99.9% masse
totale)
• Composition des plus
vieilles météorites
(chondrites 4.562Ga)
Composition chimique initiale de la Terre
Un modèle géochimique4
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Les chondrites
•Météorites non différenciées
•Fer métal + silicates
•Les plus vieilles
•Chondres : billes de silicates
Les météorites différenciées
•Achondrites = silicates
•Sidérites = métaux
•En général plus jeunes
Museum national d’histoire naturelle
Débris de noyaux et manteaux
planétaires?
Les corps parents des planètes
Un modèle géochimique4
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Un modèle géochimique
Composition du manteau et du noyau
Noyau riche en sidérophiles
Manteau riche en lithophiles
21
34. C
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Composition chimique de la TerreTous les éléments ne sont pas totalement réfractaires,
totalement sidérophiles ou lithophiles…
Un modèle géochimique4
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Matériaux des différentes
enveloppes
• Trouver les matériaux dont les propriétés
(K,m,r) reproduisent le profil de vitesses
sismiques
• Pas d’échantillons de la Terre profonde (>
500km)
Conduire des expériences aux conditions
de P-T de la Terre profonde.
Un modèle minéralogique4
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Les roches du manteau : Les péridotites
Olivine > 50%
Pyroxènes < 50%
Oxydes d’Aluminium < 10%
Un modèle minéralogique4
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Conditions P-T de l’intérieur de la Terre
Un modèle minéralogique4
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Echantillon Laser
Expériences de choc ou en écrasement
Un exemple : la cellule
à enclume de diamants
P = Force/Surface
Un modèle minéralogique4
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Comprimer une olivine, le composant principal des
péridotites
Olivine a
(Fe,Mg)2SiO4Orthorombique 25GPa Pérovskite
(Fe,Mg)SiO3
Cubique
120GPa
Post-Pérovskite
(Fe,Mg)SiO3
Pression
Changements de phases
Un modèle minéralogique4
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Post-perovskite
Ce qu’il faut retenir
• La sismologie permet de sonder indirectementl’intérieur de la Terre
• Les vitesses sismiques varient radialement et horizontalement à cause des changements minéralogiques et des variations de température et de chimie
• Le manteau est solide, tout comme la graine, à l’inverse du noyau externe
• Les transitions de phase dans l’olivine permettent de comprendre le profil de vitesses radiales
• On peut connaître la composition chimique de la Terre interne à partir des météorites
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