Les structures internes de la Terre

La Terre a un rayon d'environ 6500 km, ce qui rend impossible l'accès direct à ses structures internes. On ne peut donc les découvrir que par des méthodes indirectes.

Les méthodes indirectes d'accès aux structures internes de la Terre.

La structure interne de la Terre ainsi que l'état et la densité de la matière ont été déduits de l'analyse du comportement des ondes sismiques. Les sismologues Mohorovicic, Gutenberg et Lehmann ont réussi à déterminer l'état et la densité des couches par l'étude du comportement des ondes sismiques. Certains types d'ondes se propagent autant dans les liquides que les solides et les gaz, alors que d'autres ondes ne se propagent que dans les solides.

La vitesse de propagation des ondes sismiques est

- fonction de l'état et de la densité de la matière,

- proportionnelle à la densité du matériel dans lequel elles se propagent.

Lorsque qu'il se produit un tremblement de terre à la surface du globe, il y a émission d'ondes dans toutes les directions. Il existe deux grands domaines de propagation des ondes:

- les ondes de surface, qui se propagent à la surface du globe, dans la croûte terrestre, et qui causent tous les dommages associés aux tremblements de terre,

- les ondes de volume, qui se propagent à l'intérieur de la terre et qui peuvent être enregistrées en plusieurs points du globe. Au sein des ondes de volume, on en connaît deux grands types: les ondes de cisaillement ou ondes S, et les ondes de compression ou ondes P :

         * Les ondes S, se déplacent dans un plan vertical et font osciller les éléments qu’elles traversent à angle droit par rapport au sens de propagation de l'onde : voir schéma ci-dessous.

              *Les ondes P induisent successivement des zones de dilatation et des zones de compression dans leur déplacement. Les éléments traversés par les ondes P se déplacent selon un mouvement avant-arrière dans la direction de la propagation de l'onde.

L’enregistrement des ondes sismiques en différentes stations localisées tout autour du globe donne les profils suivants :

Les variations de la vitesse des ondes mettent en évidence des discontinuités de structure des profondeurs terrestres. C’est ainsi que l’on interprète l’existence de plusieurs couches concentriques : lithosphère, asthénosphère…

Deux discontinuités importantes séparent croûte, manteau et noyau: la discontinuité de Mohorovicic (MOHO) qui marque un contraste de densité entre la croûte terrestre et le manteau supérieur, et la discontinuité de Gutenberg qui marque aussi un contraste important de densité entre le manteau et le noyau. Une troisième discontinuité sépare noyau interne et noyau externe, la discontinuité de Lehmann.

La brusque interruption de propagation des ondes S à la limite entre le manteau et le noyau indique qu'on passe d'un solide (manteau inférieur) à un état très plastique de la matière (noyau externe). L'augmentation progressive de la vitesse des ondes P et S dans le manteau indique une augmentation de densité du matériel à mesure qu'on s'enfonce dans ce manteau. La chute subite de la vitesse des ondes P au contact manteau-noyau est reliée au changement d'état de la matière (de solide à liquide), mais les vitesses relatives continuent d'augmenter, indiquant une augmentation des densités. Plus en détail, au contact lithosphère-asthénosphère, on note une faible chute des vitesses de propagation des ondes P et S correspondant au passage d'un matériel solide (lithosphère) à un matériel plastique (asthénosphère). La lithosphère est elle-même scindée en deux sous-unités :

- la croûte dont on reconnaît deux types: la croûte océanique, qui se situe sous les océans, est formée de roches basaltiques de densité 3,2 et qu'on nomme aussi SIMA (silicium-magnésium); et la croûte continentale, située au niveau des continents, nettement plus épaisse à cause de sa plus faible densité (roches granitiques à intermédiaires de densité 2,7 à 3) et qu'on nomme aussi SIAL (silicium-aluminium). La couverture sédimentaire est une mince pellicule de sédiments produits par l’érosion et redistribués à la surface de la croûte par les divers agents d'érosion (eau, vent, gel/dégel) mais qui comptent pour très peu en volume.

- le manteau supérieur, rigide aussi, fait de péridotites.

Bilan

L'intérieur de la Terre est constitué d'une succession de couches de propriétés physiques différentes:

- au centre, le noyau, qui forme 17% du volume terrestre et qui se divise en noyau interne solide et noyau externe liquide;

- le manteau, qui constitue le gros du volume terrestre, 81%, et qui se divise en manteau inférieur solide et manteau supérieur principalement plastique, mais dont la partie tout à fait supérieure (appartenant à la lithosphère) est solide;

- la croûte (ou écorce), qui compte pour moins de 2% du volume terrestre, et qui est solide.