TERRE Structure interne
Nouveaux défis
Les modèles tomographiques globaux ne sont bien résolus que pour les grandes échelles spatiales (> 500 km). L’un des principaux résultats est que la circulation du flux de matière dans la majeure partie du manteau est dominée par le modèle de degré 2. Mais, toute la dynamique de la Terre ne peut se résumer à ce modèle simple car de nombreux objets géologiques ayant une extension latérale d’une centaine de kilomètres seulement, tels que les slabs ou les panaches du manteau, jouent un rôle clé dans la géodynamique globale.
De nouvelles techniques numériques innovantes pour la modélisation de la propagation des ondes sismiques se développent grâce à l’augmentation de la puissance de calcul des ordinateurs. Après avoir surtout utilisé les temps d’arrivée des ondes sur les enregistrements sismiques (appelés sismogrammes), il est désormais possible d’inverser la totalité des formes d'onde et le bruit sismique ambiant pour obtenir des modèles tomographiques plus précis et plus résolvants. Les images de différents panaches mantelliques, notamment le panache hawaiien, ont été obtenues en incorporant la complexité de la propagation des ondes. Une nouvelle révolution de la tomographie globale est en cours.
Des progrès impressionnants grâce à la tomographie sismique, la géochimie et la physique des minéraux ont été réalisés depuis les années 1990, permettant une meilleure compréhension de la géodynamique globale et démontrant à quel point la Terre est une planète active et turbulente. Toutes ses couches sont hétérogènes, interagissent et échangent de la matière. La communauté des géosciences doit améliorer la résolution latérale et la qualité des images en trois dimensions, et intégrer de manière routinière anisotropie et anélasticité dans les modèles – ce qui apporte des informations complémentaires sur les directions d’écoulement, les variations latérales de température, de minéralogie et la présence de fusion partielle. Il existe un besoin réel d'un modèle terrestre de référence sismique en trois dimensions qui soit en total accord avec l’ensemble des données géologiques, minéralogiques et de dynamique des fluides.
Ces progrès impliquent la mise au point de nouveaux instruments, le développement de réseaux très denses de stations sismiques sur Terre (réseau temporaire américain USArray, réseau permanent Hi-net au Japon…) et surtout en mer (où la distribution des stations est très hétérogène), l’exploration de la sismicité d'autres planètes et l’incorporation dans les modèles de nouvelles données telles que le bruit de fond sismique demandant la mise en œuvre de techniques numériques plus puissantes. Les géosciences ne fournissent que quelques éléments sur la compréhension de la géodynamique globale de notre planète et un effort multidisciplinaire est nécessaire pour mieux expliquer l'évolution spatio-temporelle de notre planète. L'exploration des autres planètes telluriques du système solaire, et même des exoplanètes, est nécessaire pour apporter d'autres exemples de solutions choisies par la nature. Ainsi, la mission Insight, lancée le 5 mai 2018 et consacrée à l'étude de la structure interne de Mars, a fourni ses premières données sismiques martiennes en janvier 2019 et permis d’établir un nouveau modèle à une dimension de cette planète et de la comparer à la Terre.
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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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