cours 4 : composition et structure interne de la terre

of 36 /36
La Terre Partie 1 : Structure et composition

Upload: nicolas-coltice

Post on 25-Jan-2015

593 views

Category:

Education


9 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Cours de première année de Sciences de la Terre Université de Lyon 1

TRANSCRIPT

Page 1: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

La TerrePartie 1 : Structure et composition

Page 2: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Comment observer l’intérieur de la Terre?

~10km maximum

Page 3: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

1.

La T

err

e o

bserv

ab

le d

irecte

men

t

Page 4: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

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.

1.

La T

err

e o

bserv

ab

le d

irecte

men

t

Page 5: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

1.

La T

err

e o

bserv

ab

le d

irecte

men

t

Page 6: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

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.

La T

err

e o

bserv

ab

le d

irecte

men

t

Page 7: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Croûte océanique. Croûte continentale.

JP Bourseau,UCBL1.

1.

La T

err

e o

bserv

ab

le d

irecte

men

t

Page 8: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

2.

La f

orm

e d

e la T

err

e e

t sa g

ravit

é

Page 9: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

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.

2.

La f

orm

e d

e la T

err

e e

t sa g

ravit

é

Page 10: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

L’accélération de la pesanteur est la résultante de 2 forces (Fn >> Fc) :

g = 9.8 m/s².

g = f (rayon ; distribution des masses)

g « pôles » = 9.83 m/s²

g « équateur » = 9.78 m/s².

2.

La f

orm

e d

e la T

err

e e

t sa g

ravit

é

Page 11: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

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

2.

La f

orm

e d

e la T

err

e e

t sa g

ravit

é

Page 12: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Différences entre géoïde et ellipsoïde en mètres

2.

La f

orm

e d

e la T

err

e e

t sa g

ravit

é

Page 13: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Le géoïde varie car

A. L’axe de rotation de la Terre est incliné

B. La température varie latéralement à l’intérieur de la Terre

C. La composition varie latéralement à l’intérieur de la Terre

D. Il y a des anomalies magnétiques sur les fonds marins

E. Les continents bougent latéralement

Page 14: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

3.

La s

ism

olo

gie

Déformation permanente : cassante, les failles

Près de l’épicentre

Nevada, 16 décembre 1954

USGS

Page 15: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Ondes sismiques

Plus loin, des vibrations, des ondes qui se propagent.

La déformation n’est pas permanente :

déformation élastique.

2.

La s

ism

olo

gie

Northridge, CA 1994 USGS

Page 16: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

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.

3.

La s

ism

olo

gie

Vibrations du sols : les ondes sismiques

Page 17: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

3.

La s

ism

olo

gie

Page 18: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

De quel type d’onde s’agit-til ?

A. Onde PB. Onde SC. Onde de surfaceD. Je ne sais pas

Page 19: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

De quel type d’onde s’agit-til ?

A. Onde PB. Onde SC. Onde de surfaceD. Je ne sais pas

Page 20: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Ondes réfléchies, transmises(c=réflechie sur noyau, K=transmise dans le noyau)

3.

La s

ism

olo

gie

Les différentes phases observées

Page 21: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Liquide Solide

Solide

Modèle radial de Terre 3.

La s

ism

olo

gie

Page 22: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Tomographie sismique : échographie du manteau terrestre3.

La s

ism

olo

gie

E. Debayle, 2005

Page 23: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

• 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.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau Comment interpréter les

modèles de vitesses sismiques ?

Page 24: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

• 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.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 25: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

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.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 26: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Un modèle géochimique

Composition du manteau et du noyau

Noyau riche en sidérophiles

Manteau riche en lithophiles

21

3

4.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 27: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Si on connaît la composition en Nickel des chondrites alors

A. La composition en Nickel du manteau vaut 1,5 fois celle de la chondrite

B. La composition en Nickel du noyau vaut 3 fois celle de la chondrite

C. La composition du Nickel du manteau = composition de la chondrite

D. Je ne sais pas

Page 28: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Composition chimique de la TerreTous les éléments ne sont pas totalement

réfractaires, totalement sidérophiles ou lithophiles…

Un modèle géochimique4.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 29: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

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.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 30: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Les roches du manteau : Les péridotites

Olivine > 50%Pyroxènes < 50%Oxydes d’Aluminium < 10%

Un modèle minéralogique4.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 31: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Conditions P-T de l’intérieur de la Terre

Un modèle minéralogique4.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 32: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Echantillon Laser

Expériences de choc ou en écrasement

Un exemple : la cellule à enclume

de diamants

P = Force/Surface

Un modèle minéralogique4.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 33: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Comprimer une olivine, le composant principal des péridotites

Olivine a(Fe,Mg)2SiO4

Orthorombique 25GPa Pérovskite(Fe,Mg)SiO3

Cubique

120GPa Post-Pérovskite

(Fe,Mg)SiO3

Pression

Changements de phases

Un modèle minéralogique4.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 34: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

4.

Com

posit

ion

du

man

teau

et

du

noyau

Page 35: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Post-perovskite

Page 36: Cours 4 : Composition et Structure interne de la Terre

Ce qu’il faut retenir• La sismologie permet de sonder indirectement

l’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

Con

clu

sio

ns