Voyage au centre de notre terre

Mystères de la terre

Voyage au centre de notre terre

La structure interne de la Terre est répartie en plusieurs enveloppes successives, dont les principales sont la croûte terrestre, le manteau et le noyau. Cette représentation est très simplifiée puisque ces enveloppes peuvent être elles-mêmes décomposées. Pour repérer ces couches, les sismologues utilisent les ondes sismiques, et une loi : Dès que la vitesse d'une onde 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 à des profondeurs que l'homme ne peut atteindre (manteau profond, noyau).

Ces couches sont délimitées par des discontinuités, comme la Discontinuité de Mohorovic, 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, par accrétion de météorites, les différentes couches s'étant alors mises en place sous l'influence de divers paramètres, comme par exemple la masse volumique de ses constituants.

Structure détaillée

(1) Croûte continentale solide essentiellement granitique, surmontée par endroits 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 1,5% du volume 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 SIMA (silicium + magnésium).

(3) Zone de subduction, où une plaque s’enfonce parfois jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres dans le manteau.

(4) Manteau supérieur, qui est moins visqueux (plus « ductile ») que le manteau inférieur car les contraintes physiques qui y règnent le rendent en partie liquide. Il est formé essentiellement de roches telles 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 quasiment immobiles à la surface du globe, et formeraient les archipels d'îles comme celui de Tahiti.

(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 de certaines éruptions volcaniques mais il est moins « rigide » 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 l'alliage fer-nickel (environ 80 % - 15 %) 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 en fusion est certainement agitée (par convection thermique et chimique (séparation, démixtion des phases) mais aussi suite aux divers mouvements de rotation et de précession du globe terrestre). Des écoulements de fer liquide peuvent y engendrer des courants électriques (par effet Seebeck) 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.

(9) Noyau interne solide (également appelé "graine") essentiellement métallique (alliage de fer et de nickel principalement) constitué par cristallisation progressive du noyau externe. La pression, qui est de 3,5 millions de bars (350 Gpa), le maintient dans un état solide malgré une température supérieure à 5000 °C et une densité d’environ 13.
Le noyau interne reste un endroit mystérieux, et plusieurs interrogations demeurent :

• Des études récentes suggèrent que le noyau interne ne serait pas immobile par rapport au reste de la Terre : Il pourrait présenter ainsi une rotation différentielle, c'est-à-dire qu’il ne tournerait pas exactement à la même vitesse que le reste de la planète : sa vitesse angulaire de rotation serait plus grande de 0,3 à 0,5 degré par an (d’après ces derniers chiffres, il faudrait donc entre 720 et 1200 ans environ pour que le noyau interne "gagne" un tour complet par rapport au reste de la Terre) ; cependant, d’après d’autres données, le mouvement observé pourrait correspondre en fait à une oscillation du noyau autour d’une position moyenne, avec une somme des mouvements qui serait nulle sur le long terme.
• En effet, des différences latérales de température à la base du manteau semblent créer une « empreinte » détectable sur la graine, en affectant la vitesse de cristallisation du fer. Hors, l’existence de cette empreinte n’est semble-t-il possible que si les effets de ces différences de température s’exercent toujours aux mêmes endroits de la graine pendant plusieurs centaines de millions d’années, ce qui ne serait donc pas compatible avec une rotation permanente, mais serait possible avec une simple oscillation.
• Il y a également un doute sur le fait que le noyau interne soit réellement solide, car par certains aspects il se comporte comme un liquide, alors que d’autres données confirment qu’il est bien solide. Des chercheurs russes et suédois ont démontré que, dans les conditions qui règnent au centre de notre planète, l’alliage qui compose le noyau interne ne ressemblerait pas aux métaux que l’on connaît à la surface, mais présenterait plutôt des propriétés mécaniques comparables à celles du sable, ce qui expliquerait les résultats ambigus concernant son état.
• Enfin, des études récentes démontrent que la graine semble elle-même subdivisée en deux parties, une interne et une externe donc. La partie interne, appelée amande en raison de sa forme, serait plus pure en fer que la partie externe, et serait caractérisée par une structure cristalline anisotrope.

Les noyaux 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, 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 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).

 (source : wikipedia)

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