TERRE Structure interne
Structure interne en une dimension de la Terre
La structure globale de la Terre peut être définie de deux manières différentes, en considérant soit ses propriétés physiques, soit ses propriétés chimiques. La géophysique est la seule discipline des sciences de la Terre permettant d'imager, et donc d’imaginer, la structure profonde et invisible de notre planète par une mesure indirecte de ses propriétés physiques. Au cours de la première partie du xxe siècle, notre connaissance de la structure de la Terre est dominée par sa structure radiale, dite en pelures d’oignon, représentée par des modèles à symétrie sphérique de couches concentriques. Les ondes sismiques permettent d'étudier les propriétés élastiques et, dans une certaine mesure, anélastiques (responsables de l’atténuation de ces ondes au cours de leur propagation) de la Terre entière.
Caractériser l’intérieur de la Terre grâce aux ondes émises par les tremblements de Terre
On fait remonter les débuts de la sismologie globale à 1889, lorsque l’Allemand Ernst von Rebeur-Paschwitz (1861-1895) a associé une perturbation enregistrée à Potsdam (Allemagne), sur un instrument de sa conception (pendule horizontal), à l’occurrence d'un séisme ayant eu lieu au Japon, à près de 10 000 kilomètres de distance. Il était donc possible d’observer des ondes (dites sismiques) qui avaient traversé la Terre depuis le Japon jusqu’en Allemagne. Connaissant l’heure du séisme, on pouvait quantifier la vitesse des ondes lors de leur trajet à l’intérieur de la Terre. Très vite, les sismologues ont modélisé la propagation des ondes sismiques à partir d'événements très lointains en utilisant la théorie des rais, théorie déjà développée en optique pour les ondes lumineuses. La Terre est évidemment opaque à la lumière, mais elle est transparente aux ondes sismiques. La théorie des rais considère que les ondes sismiques sont semblables à des particules virtuelles qui suivent des trajectoires spécifiques appelées rais sismiques, entre le foyer sismique (lieu où elles sont émises) et les récepteurs (lieux où elles sont enregistrées). Les temps de parcours ou de trajet de ces ondes sismiques entre la source et le récepteur sont sensibles à la structure de la Terre.
Pendant la première partie du xxe siècle, la stratification de la Terre en pelures d’oignon a été déduite des temps de parcours des ondes sismiques – réfractées et réfléchies – générées lors de tremblements de terre. En milieu solide, deux types d’ondes peuvent se propager à des vitesses différentes : les ondes P (ondes de compression-décompression, encore appelées ondes primaires) ; les ondes S (ondes de cisaillement, aussi appelées ondes secondaires). Ces dernières ne se propagent pas dans les milieux fluides. Les changements de vitesse de ces deux types d’ondes sismiques entre les différentes couches provoquent des réfractions et des réflexions d’ondes qui obéissent aux lois de Snell-Descartes et qui sont similaires à ce qui se passe pour les ondes lumineuses. Mais c’est un peu plus compliqué pour les ondes sismiques car il y a des conversions d’ondes P en ondes S et vice versa.
Les sismologues ont recherché et caractérisé les principales discontinuités sismiques (sauts brutaux de la vitesse de propagation des ondes) qui séparent les différentes couches de la Terre. Près de la surface, la discontinuité de Mohorovičić (dite Moho) a été découverte par le géophysicien croate Andrija Mohorovičić en 1909, à une profondeur très variable (de l’ordre de 10 km sous les océans à 35 km sous les continents, voire jusqu’à 70 km sous certaines chaînes de montagnes), matérialisant la frontière entre la croûte et le manteau. La limite entre le noyau et le manteau a été mise en évidence par Richard Dixon Oldham en 1906 et sera ensuite appelée discontinuité de Gutenberg (en anglais, CMB pour[...]
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Écrit par
- Jean-Paul MONTAGNER : professeur des Universités, Institut de physique du globe de Paris, membre senior de l'Institut universitaire de France
Classification
Médias
Modèle PREM
Encyclopædia Universalis France
Nomenclature des différentes couches constitutives de la Terre
Encyclopædia Universalis France
Exemples d’images tomographiques du manteau terrestre
Sources : modèles tomographiques SEMUCB-WM1 et TX2019-slab-S mis en forme par le logiciel libre SubMachine ; adaptation : EUF
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