Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Catégories
Techniques
Sciences
Encore plus...
Techno-Science.net
Partenaires
Organismes
 CEA
 ESA
Sites Web
Photo Mystérieuse

Que représente
cette image ?
 A | B | C | D | E | F | G | H | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | +
Structure interne de la Terre
Structure de la Terre. 1. croûte continentale, 2. croûte océanique, 3. manteau supérieur, 4. manteau inférieur, 5. noyau externe, 6. noyau interne, A : Discontinuité de Mohorovicic, B: Discontinuité de Gutenberg, C: Discontinuité de Lehmann
Structure de la Terre. 1. croûte continentale, 2. croûte océanique, 3. manteau supérieur, 4. manteau inférieur, 5. noyau externe, 6. noyau interne, A : Discontinuité de Mohorovicic, B: Discontinuité de Gutenberg, C: Discontinuité de Lehmann (La Discontinuité de Lehmann représente une discontinuité dans la Terre qui délimite le noyau externe liquide et le noyau interne solide.)

La structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) est répartie en plusieurs enveloppes successives, dont les principales sont la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui constitue les plaques tectoniques).), le manteau et le noyau. Cette représentation est très simplifiée puisque ces enveloppes peuvent être elles-même décomposées. Pour repérer ces couches, les sismologues utilisent les ondes sismiques, et une loi : Dès que la vitesse d'une onde (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.) sismique change brutalement et de façon importante, c'est qu'il y a changement de milieu, donc de couche. Cette méthode a permis, par exemple, de déterminer l'état de la matière (Bien que le concept de phase soit simple, il est difficile de le définir précisément. Une bonne définition de la phase d'un système est « une région de l'espace des...) à des profondeurs que l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un garçon,...) ne peut atteindre. (manteau profond - noyau)

Ces couches sont délimitées par les discontinuités comme la Discontinuité de Mohorovicic, celle de Gutenberg, nommée d'après le sismologue Beno Gutenberg, ou bien celle de Lehmann. Pour comprendre cette constitution, il faut remonter à la formation de la Terre, elle s'est formée par accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) de météorites et lors de cette formation, les différentes couches se sont mises en place à cause de la masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une caractéristique...) par exemple de ses constituants.

Quelques jalons historiques

De l’Antiquité au XVIIIe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une...)

Depuis l’Antiquité nombreux sont ceux qui se sont illustrés dans leurs tentatives d’explication de la constitution interne de notre globe. Certains de ces intellectuels ont cherché à coller à la vision du terrain (relief, volcans, tremblements de terre), d’autres ont voulu aussi incorporer à leur modèle une explication des textes bibliques (le déluge). Viendra ensuite la période où les hypothèses seront étayées par des expérimentations : ce sera l’ère de la géophysique. On trouve donc dans cette galerie de portraits : des mathématiciens, des philosophes, des théologiens puis plus tardivement des naturalistes, des physiciens et des géologues. Nous ne retiendrons ici que les plus connus.

Pour Aristote (IVe siècle av. J.-C.), notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la...) est constituée de terre et de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux, comportant...) entourée d’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) puis d’air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...). Viennent ensuite une couche de feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) et les astres. Jusqu’à Copernic cette vision évoluera peu, mais au milieu du XVIIe siècle un foisonnement d’idées nouvelles apparaît.

En 1644, la Terre présentée par Descartes dans " Principes de philosophie " est un ancien soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) qui a gardé un noyau de type solaire mais dont les couches externes ont évolué. Plusieurs couches se succèdent à partir du centre : roche, eau, air puis enfin une croûte extérieure en équilibre sur cet air. Cette croûte brisée a formé les reliefs et laissé passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) l’eau venant des profondeurs qui a formé mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et océans.

A la même époque, Athanasius Kircher postule lui aussi que le globe terrestre est un astre refroidi mais qu'il contient sous la croûte une matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue à température...) qui s’échappe parfois du centre par les volcans. A la fin du XVIIe et au cours du XVIIIe siècle, une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) d’hypothèses seront émises :

  • Terre issue d’une ancienne comète : William Whiston (1667 - 1752)
  • Terre ayant été composée d’un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée...) fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu...) qui s’est déposé par gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) au cours du temps : John Woodward (1665 - 1728) et Thomas Burnet (1635 - 1715)
  • Terre creuse à plusieurs coques concentriques et noyau aimanté séparés par du vide : Edmund Halley (1656 - 1742)
  • Terre totalement creuse où la fine croûte externe est en équilibre entre gravité et force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) centrifuge : Henri Gautier (1660 - 1737)

Du XVIIIe au XXe siècle

Avec l’essor de la géologie, les théories vont devoir coller à l’observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) et aux mesures géophysiques. Le peu d’influence des masses montagneuses sur la gravité locale tend ainsi à prouver que la Terre n’est pas creuse.

Le léger aplatissement (L'aplatissement d'une planète est une mesure de son « ellipticité »; une sphère a un aplatissement de 0, alors qu'un disque infiniment mince a un aplatissement de 1.) du globe aux pôles et la nature ignée de certaines roches font dire à Georges de Buffon que la Terre a été en fusion à son origine. La mesure de l’augmentation régulière de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) avec la profondeur dans les mines (1°C pour 25 mètres) incite Joseph Fournier et Pierre Cordier (1777 - 1861) à extrapoler et déduire que le centre de notre planète est en fusion à une température de plusieurs milliers de degrés. L’origine de cette température sera longuement débattue : reste de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) originelle sur un globe en cours de refroidissement ou élévation de la température due à des réactions chimiques ou nucléaires internes ? D’ailleurs, cette chaleur ne serait-elle pas suffisamment intense pour que toute la matière interne soit gazeuse au-delà d’une certaine profondeur ?

Pour William Hopkins, la variation du point (Graphie) de fusion des roches en fonction de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) fait une nouvelle fois pencher la balance en faveur d’un noyau solide. Le niveau très faible des mouvements du sol liés à la marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet...) (évalué par comparaison avec la mesure précise des marées océaniques) plaide, selon Lord Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule (« kelvin » et non...), pour un globe aux propriétés d’un solide élastique et non pas d’un fluide.

L’analyse de la composition des roches terrestres et météoritiques, ainsi que la mesure de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans changer la...) du globe (5,5) influent sur plusieurs modèles où une fine croûte légère de silicates recouvre un noyau métallique volumineux plus dense. Enfin, l’analyse des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) sismologiques qui s’avéreront de plus en plus précises, vont permettre d’établir le modèle actuel.

Les méthodes d’investigation

Investigations directes

Exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) humaine

La spéléologie, activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) aux multiples facettes, ne se prête guère, même dans sa composante sportive, à l’établissement de records. Longtemps la cote –1 000 ne fut qu’un rêve que la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) ne permettait pas de concrétiser. C’est en 1956 au Gouffre (Un gouffre désigne généralement, au sens propre, une cavité souvent d'origine karstique dont l'entrée s'ouvre dans le sol (par...) Berger (Un berger (une bergère) est une personne chargée de guider et de prendre soin des troupeaux de moutons (quand il n'y a pas de complément de nom, il s'agit toujours de troupeaux de moutons), ou par...), dans le massif (Le mot massif peut être employé comme :) du Vercors (Isère), que cette profondeur mythique fut atteinte pour la première fois. En 2005, la profondeur spectaculaire des –2 000 mètres vient d’être dépassée par des spéléologues à Krubera Cave ( Une cave (architecture) est une pièce en sous-sol servant de lieu de stockage Une cave à vin est utilisée pour entreposer des bouteilles de vin Cave est une commune italienne de la province de Rome Cave est une...) (ex gouffre Voronja), dans le Caucase occidental (Abkhazie).

–2000 mètres c‘est bien, mais qu’y a-t-il après ? Que trouve-t-on plus bas, au-dessous, toujours plus profond ? Qu’est-ce qui se cache vraiment derrière les trésors d’imagination de Jules Verne et son " Voyage au centre de la Terre " ? C’est ce que nous allons essayer de découvrir ici, nous qui nous contentons d’effleurer les premiers hectomètres d’un globe de 12740 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.).

La variété des terrains explorés dans les mines est beaucoup plus importante que les étendues de roches sédimentaires parcourues par les spéléologues et les terrains exploités sont bien plus anciens. De plus les mineurs côtoient quotidiennement le phénomène d’élévation de la température qui dès le XVIIIe siècle influera sur les hypothèses d’un globe au cœur en fusion.

Quoi qu’il en soit, même les mines les plus profondes du monde (Le mot monde peut désigner :) (~3 500m pour la Western Deep Levels d'Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles, l’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20,3 % de la surface des terres...) du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) en 2002) ne font qu’égratigner l’écorce (L'écorce est le revêtement extérieur du tronc, des branches et des racines des arbres, et plus généralement des plantes ligneuses.) terrestre et sans l’apport de méthodes d’exploration indirecte, nous serions restés totalement ignorants du contenu profond de notre globe.

Les forages profonds

L’objectif des forages profonds tels celui du programme KTB (Kontinental Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik) qui a atteint 9 800 mètres sous l’Allemagne ou celui de 13 kilomètres dans la péninsule de Kola (Russie), est de mieux connaître la lithosphère (La lithosphère (littéralement, la « sphère de pierre ») est la partie superficielle et rigide du matériau dont sont faits les astres telluriques, dont la Terre,...) et d’atteindre la zone de transition entre celle-ci et le manteau supérieur : le Moho (La discontinuité de Mohorovi?i?, abrégée Moho, est la limite entre la croûte terrestre et le manteau supérieur de la Terre. La crôute continentale, ayant une épaisseur moyenne de 35 kilomètres (allant jusqu'à 75 km sous les chaînes...).

Si ces forages ont permis de confirmer la structure et la composition de la croûte, ou de tracer des profils sismiques régionaux, elles n’ont malheureusement pas permis d’atteindre à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent...) la couche sous-jacente tant convoitée. On a pu ainsi mesurer par exemple que la température des roches atteint environ 300 °C à 10 kilomètres de profondeur.

Comme la croûte océanique est plus mince que les plaques continentales, plusieurs projets ont vu le jour pour tenter une percée à ce niveau : MOHOLE puis JOIDES aux USA, et programmes internationaux IPOD ou ODP / DSDP. Hélas, aucun navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où cessent de s'appliquer les règlements techniques de sécurité...) n’a encore réussi à forer jusqu’à la discontinuité de Mohorovicic.

L’étude des météorites

Comprendre comment les couches successives de la Terre se sont progressivement différenciées serait grandement facilité par la connaissance de la composition exacte du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) primitif qui lui a donné naissance. Les éléments absolument indispensables à la bonne formule sont le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la...), le nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) et les silicates. On retrouve ces éléments (et plusieurs autres) dans un type de météorites appelé chondrites. Elles contiennent des petites zones sphériques de silicates solidifiés après fusion, les chondres, dont le nom est à l’origine de l’appellation de ces météorites.

Certaines d’entre elles comme la chondrite (Chondrite est un terme utilisé en astronomie pour désigner un certain type de météorite pierreuse (moins de 35% de métal). Cette catégorie renferme les météorites les plus primitives...) Allende contiennent un mélange de fer métallique et d’oxyde de fer ainsi qu’une grande quantité de carbone ; d’autres comme la chondrite d’Indarch, du fer métallique et un silicate de magnésium (MgSiO3) : l’enstatite, extrêmement fréquent dans le manteau terrestre. D’autres chondrites, plus primitives, montrent du fer totalement oxydé, ce sont les météorites carbonées CI : elles sont très proches par leur composition de la nébuleuse gazeuse qui donna naissance au système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système...) il y a environ 4,57 milliards d’années et à la Terre il y a 4,45 milliards d’années.

Parmi toutes ces chondrites, seules les chondrites contenant 45% d’enstatite présentent une composition chimique et isotopique en adéquation avec la densité et la nature profonde actuelle de la Terre (plusieurs couches de silicates légers et un noyau où ont migré les métaux plus lourds). Bien évidemment, ces météorites ont une taille bien trop faible et ne sont donc pas différenciées : leurs éléments y sont restés répartis de façon relativement homogène.

Investigations indirectes (géophysique)

La tomographie sismique

C’est l’analyse des enregistrements obtenus grâce aux sismographes qui permettra de renouveler totalement le modèle de la Terre au cours du XXe siècle. Le principe est relativement simple : suite à un séisme on détermine la position de son épicentre le plus précisément possible. Puis on enregistre les vibrations qui se propagent à travers tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le globe. Ces phénomènes ondulatoires sont soumis à des lois physiques telles que la réflexion ou la réfraction (En physique des ondes — notamment en optique, acoustique et sismologie — le phénomène de réfraction est la déviation d'une onde lorsque la...). De plus, elles ne se déplacent pas toutes à la même vitesse suivant le milieu qu’elles traversent ce qui permet d’évaluer le contenu de la Terre par l’examen attentif des courbes temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) / distance parcourue. Les ondes étudiées dans la tomographie sismique sont les ondes de fond qui parcourent le globe terrestre dans toutes les directions. Les ondes de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...), qui causent les dégâts aux constructions humaines, ne se propagent que dans la croûte et ne donnent aucune information sur les couches profondes.

Certaines ondes arrivent rapidement : ce sont les ondes P (comme Premières) ; d’autres sont retardées et sont enregistrées plus tard : ce sont les ondes S (comme Secondes).

Les ondes P sont des vibrations qui agissent en compression : les particules se déplacent dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par...) de propagation de l’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde transporte aussi...), un peu comme dans un ressort ou une onde sonore. Ces ondes de compression se propagent dans les solides, les liquides et les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...).
Les ondes S sont des ondes de cisaillement : les particules se déplacent perpendiculairement au sens de propagation de l’onde, un peu comme une oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations...) sur une corde. Ces ondes de cisaillement se propagent dans les solides mais pas dans les milieux liquides ou gazeux.

La vitesse des deux types d’ondes P et S varie en fonction de la densité du matériau traversé. Plus la couche traversée est molle, plus les ondes se propagent lentement. De plus, lorsqu’une onde P arrive non perpendiculairement sur une zone de transition (interface manteau-noyau par exemple) une petite partie de son énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) est convertie dans une autre forme d’onde (une fraction de P devient alors S). L’interprétation des relevés sismographiques est donc ardue car s’y chevauchent les tracés de nombreux types d’ondes qu’il faut démêler et dont on doit expliquer l’origine. Pour s’y retrouver un peu mieux, on a désigné toutes ces ondes par des lettres différentes qu’on peut ensuite combiner au fur et à mesure de leur évolution (voir tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) ci-dessous).

Onde P Onde S
manteau P S
noyau externe K
noyau interne I J

Ainsi une onde PP est une onde P qui, après avoir subi une réflexion à la surface du globe terrestre, est restée dans le manteau avant de réapparaître en surface où elle est détectée. Une onde PKP sera une onde P qui ressort en surface après avoir traversé le noyau externe liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) (trajet = manteau / noyau ext. / manteau). On peut ainsi allonger l’appellation autant que nécessaire. Prenons un exemple assez complexe : une onde quasi verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) traversant le globe terrestre de part en part après avoir rebondi à la surface et être passée deux fois (à l’aller et au retour) par le noyau et la graine (Dans le cycle de vie des « plantes à graines », la graine est la structure qui contient et protège l'embryon végétal. Elle est souvent contenue dans un fruit qui...) réapparaîtra à la surface affublée du gentil sobriquet, palindrome totalement imprononçable, de PKIKPPKIKP !

Au cours du XXe siècle, plusieurs découvertes essentielles ont été faites grâce à la tomographie sismique.

En 1909, Andrija Mohorovi?i? détecte sous la Croatie l’interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner...) croûte / manteau appelée désormais par les intimes, et en hommage à son découvreur, Moho.

En 1912, Beno Gutenberg (1889-1960) replace l’interface manteau / noyau à 2900 km de profondeur grâce à l’étude des ondes P.

En 1926, Harold Jeffreys (1891-1989) établit la fluidité (La fluidité est la capacité d'un fluide à s'écouler sans résistance.) du noyau métallique.

En 1936, Inge Lehmann (1888-1993) découvre la graine : partie métallique à l’intérieur du noyau. Sa solidité sera établie plus tard au cours des décennies suivantes.

Dans le même temps, de 1923 à 1952, d’autres géophysiciens (Adams, Williamson , Bullen, Birch…) travaillent sur des équations permettant de déterminer la variation de la densité avec la profondeur et la pression qu’elle engendre.

Désormais, l’essentiel de la structure de notre globe est posé. Reste à en améliorer la compréhension dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) interne pour mieux comprendre son évolution, ses soubresauts, les variations du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée...) , etc.

L’étude du magnétisme (Le magnétisme est un phénomène physique, par lequel se manifestent des forces attractives ou répulsives d'un objet sur un autre, ou avec des charges...)

Le magnétisme terrestre est un phénomène très intéressant et fort complexe à interpréter. La Terre se comporte comme une sorte de dynamo (Abréviation de dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en générateur électrique. Elle a été inventée en Belgique en 1869 par Zénobe Gramme. La dynamo repose sur un principe...) auto-entretenue qui génère un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique important (celui qui dévie l’aiguille de la boussole (Une boussole est un instrument de navigation constitué d’une aiguille magnétisée qui s’aligne sur le champ magnétique de la Terre. Elle indique ainsi le nord magnétique, à ne pas...) et nous protège de certaines perturbations cosmiques). Ce champ est variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. ...) dans le temps et il s’est même inversé des centaines de fois depuis l’origine. Interpréter cette dynamique est indissociable de la compréhension de la composition des structures internes du globe terrestre et de leurs mouvements.

Des tentatives de modélisation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par...) et des expériences en laboratoire sont à l’étude. Si elles n’ont pas encore permis de créer un effet dynamo dans une sphère (Une sphère est une surface à 3 dimensions dont tous les points sont situés à une même distance d'un point appelé centre. La valeur de cette distance commune au centre est...), elles ont montré que des colonnes de convection (La convection est un mode de transfert de chaleur où celle-ci est advectée (transportée-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des pâtes, l'eau se met en...) apparaissent à certaines températures en fonction de la viscosité du liquide et de la vitesse de rotation. Ces mouvements sont compatibles avec les hypothèses de création du champ électromagnétique (Le champ électromagnétique est le concept central de l'électromagnétisme. On le conçoit souvent comme composition des deux champs vectoriels que l'on peut mesurer...) terrestre tel que nous le connaissons.

Modèle actuel

Structure détaillée

Structure détaillée
Structure détaillée

(1) Croûte continentale solide essentiellement granitique surmontée par endroit de roches sédimentaires. Elle est plus épaisse que la croûte océanique (de 30 km à 100 km sous les massifs montagneux). La croûte ou écorce terrestre représente environ 1% du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) terrestre. Elle était anciennement appelée SIAL (silicium + aluminium).

(2) Croûte océanique solide essentiellement composée de roches basaltiques. Relativement fine (environ 5 km). Elle est également appelée aussi SIMA (silicium + magnésium).

(3) Zone de subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de densité plus faible, en général une plaque océanique sous une plaque continentale ou sous une plaque océanique plus récente.) où une plaque s’enfonce parfois jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres dans le manteau.

(4) Manteau supérieur qui est plus visqueux que le manteau inférieur. Il est formé essentiellement de roches telle que la péridotite (ses minéraux sont: olivine, pyroxène, grenat). Au contact entre la croûte et le manteau supérieur on peut parfois déceler une zone appelée LVZ. (voir n°11).

(5) Éruptions sur des zones de volcanisme actif. Deux types de volcanismes sont représentés ici, le plus profond des deux est dit " de point chaud ". Il s’agirait de volcans dont le magma proviendrait des profondeurs du manteau proche de la limite avec le noyau liquide. Ces volcans ne seraient donc pas liés aux plaques tectoniques et, ne suivant donc pas les mouvements de l’écorce terrestre, ils seraient donc quasiment immobiles à la surface du globe.

(6) Manteau inférieur aux propriétés d’un solide élastique. Le manteau n’est pas liquide comme on pourrait le croire en regardant les coulées de lave (La lave est une roche en fusion, plus ou moins fluide, émise par un volcan lors d’une éruption. La lave est issue d'un magma, réserve de roche en fusion située dans l’épaisseur des couches rocheuses...) de certaines éruptions volcaniques mais il est moins "dur" que les autres couches. Le manteau représente 84 % du volume terrestre.

(7) Panache de matière plus chaude qui, partant de la limite avec le noyau, fond partiellement en arrivant près de la surface de la Terre et produit le volcanisme de point chaud.

(8) Noyau externe liquide essentiellement composé de fer (environ 80 %) et de nickel plus quelques éléments plus légers. Sa viscosité est proche de celle de l’eau, sa température moyenne atteint 4000 °C et sa densité 10. Cette énorme quantité de métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les métaux sont un des...) en fusion est certainement agitée (par convection, mais aussi suite aux divers mouvements de rotation et de précession (La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un objet ou, de façon plus générale, d'un vecteur sous l'action de l'environnement, par exemple, dans le cas de l'axe de rotation d'un...) du globe terrestre). Des écoulements de fer liquide peuvent y engendrer des courants électriques qui donnent naissance à des champs magnétiques qui renforcent les courants créant ainsi un effet dynamo en s’entretenant les uns les autres. Le noyau liquide est donc à l’origine du champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe – composé essentiellement de fer et de nickel en fusion conducteurs – qui se comporte comme une gigantesque dynamo.).

(9) Noyau interne solide (ou graine) essentiellement métallique constitué par cristallisation progressive du noyau externe. La pression le maintient dans un état solide malgré une température supérieure à 5000 °C et une densité d’environ 13. Noyau interne et externe représentent 15 % du volume terrestre.

(10) Cellules de convection du manteau où la matière est en mouvement lent. Le manteau est le siège de courants de convection qui transfèrent la majeure partie de l’énergie calorifique du noyau de la Terre vers la surface. Ces courants provoquent la dérive des continents mais leurs caractéristiques précises (vitesse, amplitude (Dans cette simple équation d’onde :), localisation) sont encore mal connues.

(11) Lithosphère : elle est constituée de la croûte (plaques tectoniques) et d'une partie du manteau supérieur. La limite inférieure de la lithosphère se trouve à une profondeur comprise entre 100 et 200 kilomètres, à la limite où les péridotites approchent de leur point de fusion. On trouve parfois à la base de la lithosphère (certains géologues l’y incluent) une zone appelée LVZ (pour " Low Velocity Zone ") où on constate une diminution de la vitesse et une atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...) marquée des ondes sismiques P et S. Ce phénomène est dû à la fusion partielle des péridotites qui entraîne une plus grande fluidité. La LVZ n’est généralement pas présente sous les racines des massifs montagneux de la croûte continentale.

(12) Asthénosphère : c’est la zone inférieure du manteau supérieur (en dessous de la lithosphère)

(13) Discontinuité de Gutenberg : zone de transition manteau / noyau.

(14) Discontinuité de Mohorovicic : zone de transition croûte / manteau (elle est donc incluse dans la lithosphère).

Caractéristiques

Dimensions respectives des différentes couches et températures approximatives qui y règnent.
Dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) respectives des différentes couches et températures approximatives qui y règnent.

Sur cette figure, les températures sont données en degrés Celsius à titre indicatif. Ne pouvant être mesurées directement mais uniquement déduites, elles sont approximatives (plus on s’enfonce et plus la marge d’erreur est grande). De plus, le globe terrestre n’est pas parfaitement sphérique et le rayon réel équatorial est supérieur d’une vingtaine de kilomètres au rayon polaire. Ceci fait que le Mississipi, qui a sa source près des Grands Lacs, se déverse à une " altitude " (celle de son embouchure dans le golfe (Un golfe (italien golfo, grec kolpos, pli) est une partie de mer avancée dans les terres, en général selon une large courbure.) du Mexique) plus grande que " l'altitude " de sa source, si l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la...) est mesurée par rapport au centre de la terre. L'eau est " descendue " en s'écoulant si on raisonne en termes d'énergie potentielle mécanique (L'énergie potentielle mécanique est l'énergie que possède un système du fait de sa position :), le niveau des mers étant pris comme référence des altitudes.

Bibliographie

Publications écrites

  • CABROL N. et GRIN E. " La Terre et la Lune ", Que sais-je, N° 875, PUF, 1998
  • René Dars " La géologie ", Que sais-je, N° 525, PUF, 2000
  • Vincent Deparis et Hilaire Legros, " Voyage à l’intérieur de la Terre ", CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) Editions, Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine,...), 2000
  • Jean Goguel (s.d.d.) " Géophysique ", La Pleïade NRF Gallimard, 1971
  • Gabriel Gohau, " Une histoire de la géologie, Le Seuil, 1990
  • Maurice Krafft, " Les feux de la Terre " , Gallimard, 1991
  • Maurice Mattauer, " Ce que disent les pierres ", Librairie Pour la Science, 1998
  • Henri Claude Nataf et s.d. de Joël Sommeria, " La physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) de la Terre ", Belin CNRS Editions, 2000
  • Jules Verne, " Voyage au centre de la Terre ", Éditions Hetzel, 1867
Article du magazine Pour la Science 
  • N° 225 (1996), ALEXANDRESCU M. et HULOT G. " Voir le noyau "
  • N° 226 (1996), Rolf Emmermann, " Neuf kilomètres sous l’Allemagne "
  • N° 265 (1999), Maurice Mattauer, " Sismique et tectonique "
  • N° 318 (2004), Marianne Greff-Lefftze, " La Terre, une toupie ( Une toupie est un jouet destiné à tourner sur lui-même le plus longtemps possible, en équilibre sur sa pointe. On appelle également toupie le réservoir de camions spécialisés dans le...) au cœur liquide "
  • N° 318 (2004), Henri Claude Nataf, Dominique Jault, Daniel Brito et Philippe Cardin, " Le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir...) de la dynamo terrestre "
  • N° 318 (2004), Sandro Scandolo et Raymond Jeanloz, " Au cœur des planètes "
  • N° 329 (2005), Marc Javoy, " La naissance de la Terre "
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page. La liste des auteurs de cet article est disponible ici.