L'essentiel
- Les ondes P (compression, les plus rapides) traversent solides et liquides ; les ondes S (cisaillement, plus lentes) ne traversent pas les liquides.
- Le Moho sépare la croûte du manteau : environ 30 km sous les continents (60 à 70 km sous les chaînes), environ 7 km sous le plancher océanique.
- La discontinuité de Gutenberg, vers 2 900 km, limite le manteau et le noyau ; elle crée une zone d'ombre des ondes P entre 105° et 142°.
- L'absence d'ondes S au-delà de 105° montre que le noyau externe est liquide ; Lehmann a mis en évidence une graine solide vers 5 150 km.
- La croûte continentale est granitique (densité 2,7), la croûte océanique basaltique et gabbroïque (2,9), le manteau péridotitique (3,3 en surface), le noyau fait de fer et de nickel.
- La lithosphère, rigide, comprend la croûte et le manteau lithosphérique ; sa base correspond à l'isotherme 1 300 °C environ ; l'asthénosphère est solide mais ductile.
- Le flux géothermique moyen vaut environ 0,09 W·m⁻² ; il provient de la radioactivité (U, Th, K) et de la chaleur initiale de la Terre.
- La chaleur traverse la lithosphère par conduction et le manteau par convection, mode beaucoup plus efficace.
- Le flux est élevé aux dorsales et aux arcs volcaniques, faible aux fosses et sur les vieux continents.
- Aux dorsales, la péridotite qui remonte subit une fusion partielle par décompression ; le magma donne des gabbros en profondeur et des basaltes en surface.
- En vieillissant, la lithosphère océanique se refroidit, s'épaissit, devient plus dense et s'enfonce, jusqu'à pouvoir plonger en subduction.
- Les anomalies magnétiques symétriques de part et d'autre des dorsales prouvent l'expansion océanique et permettent de calculer sa vitesse.
- En subduction, la plaque plongeante se déshydrate ; l'eau libérée fait fondre partiellement la péridotite du coin de manteau, ce qui alimente un volcanisme explosif.
- Le plan de Wadati-Benioff, incliné, dessine la plaque plongeante par ses foyers sismiques, jusqu'à 700 km.
- Wegener (1912) a proposé la dérive des continents sans mécanisme acceptable ; la tectonique des plaques (1967-1968) s'appuie sur l'expansion océanique et la subduction.
- L'isostasie est l'équilibre de la lithosphère sur l'asthénosphère : à la surface de compensation, toutes les colonnes ont la même masse.
Formules et définitions à connaître
| Grandeur | Formule | Unité | Condition |
|---|---|---|---|
| Vitesse d'une onde | v = d / t | km·s⁻¹ | milieu homogène |
| Distance au foyer | d = Δt / (1/vS moins 1/vP) | km | vitesses constantes |
| Gradient géothermique | ΔT / Δz | °C par km | environ 30 °C par km dans la croûte |
| Demi-vitesse d'expansion | distance à l'axe / âge | cm par an | une seule moitié de la dorsale |
| Vitesse d'un point chaud | distance entre volcans / différence d'âge | cm par an | point chaud supposé fixe |
| Racine d'Airy | r = h × ρc / (ρm moins ρc), soit environ 4,5 h | km | densité de la croûte uniforme |
| Pratt | ρ × (H + h) = ρ₀ × H | sans unité | bases des blocs à la même profondeur |
Pièges à éviter
- Dire que le manteau est liquide : il est solide, ductile dans l'asthénosphère ; seul le noyau externe est liquide.
- Confondre la limite croûte-manteau (chimique, le Moho) et la limite lithosphère-asthénosphère (thermique et mécanique).
- Attribuer la fusion des dorsales à un apport d'eau ou celle des subductions à une décompression : c'est l'inverse.
- Oublier de convertir km et millions d'années en cm et en années pour une vitesse en cm par an.
- Confondre demi-vitesse et vitesse totale d'expansion.
- Croire que ce sont les continents seuls qui bougent : ce sont des plaques lithosphériques entières.
Je me teste
1. Quelles ondes ne traversent pas les liquides ? → Les ondes S.
2. À quelle profondeur est la limite manteau-noyau ? → Vers 2 900 km.
3. Quelle observation prouve que le noyau externe est liquide ? → L'absence d'ondes S directes au-delà de 105° de l'épicentre.
4. Quelle roche compose le manteau ? → La péridotite.
5. Quelle isotherme marque la base de la lithosphère ? → L'isotherme 1 300 °C environ.
6. Deux origines du flux géothermique ? → La désintégration radioactive et la chaleur initiale de la Terre.
7. Cause de la fusion partielle sous une dorsale ? → La décompression de la péridotite qui remonte.
8. Cause de la fusion partielle en subduction ? → L'eau libérée par la plaque plongeante, qui abaisse la température de fusion du manteau.
9. Que prouvent les anomalies magnétiques symétriques ? → L'expansion des fonds océaniques à partir de l'axe des dorsales.
10. Racine d'une chaîne de 2 km d'altitude dans le modèle d'Airy (ρc = 2,7, ρm = 3,3) ? → Environ 9 km.