Emus par ce qui vient de se passer au Népal, des correspondant(e)s m’ont demandé des explications techniques sur les tremblement de terre.
Mais pour cela il faut que je vous parle d’abord de la constitution de notre planète.
La terre n’est pas une sphère, mais est légèrement allongée : c’est un ellipsoïde. Son rayon est, à l’équateur, de 6 378 km, sa circonférence de 40 000 km.
La surface des terres émergées est d’environ 150 millions de km2 et celle des océans de 360 millions de km2. Son volume est d’environ 1012 km3, et sa masse de 6.1024 kg
Mais elle n’est pas homogène et est constitué de plusieurs grandes couches successives qui ont des densités croissante et ont des compositions différentes.
Au fur et à mesure que l’on va vers son centre, la pression et la température deviennent énormes, ce qui modifie considérablement les caractéristiques physiques des roches qui la constituent.
Le schéma ci-dessous montre les diverses couches et donne les caractéristiques de profondeur, de densité, de pression et de température moyennes.
A la surface la « croûte terrestre », constituée principalement de roches granitiques sous les terres immergées et de roches basaltiques sous les océans. Toutefois cette croute est recouverte de dépôts sédimentaires et de l’eau des océans.
La croûte océanique est moins épaisse que la croûte continentale (5 à 15 km, contre 30 à 65).
Les granites sont des roches acidesqui sont des mélanges de minéraux différents qui se forment en profondeur, par refroidissement du magma et cristallisent successivement.
Ils sont composés principalement de silice (SiO2 74,5%), d’alumine (AL2 O3 14%), d’oxydes de sodium et de potassium (9,5%) et des oxydes métalliques (2% : fer, manganèse, calcium, magnésium..). La densité des roches granitiques est d’environ 2,7.
Les couches granitiques sont aussi appelées SIAL (silice aluminium).
Les basaltes sont issus de laves volcaniques refroidies rapidement et sont des roches basiques. Selon la pression à laquelle se fait la fusion partielle, les minéraux affectés par la fusion ne sont pas les mêmes. Elles sont constituées de 47% environ de silice, 14% d’alumine et des oxydes de métaux alcalins et alcalinoterreux, notamment calcium et magnésium. La densité des roches basaltique est d’environ 3.
Au fur et à mesure que l’on s’enfonce dans la croûte terrestre, la température et la pression augmentent jusqu’à 900 d° et 600 kbar (soit 600 000 fois la pression atmosphérique).
Les couches basaltiques sont aussi appelées SIMA (silice magnésium).
La deuxième couche sous la croûte terrestre est le « manteau », divisé en deux parties, supérieur (en vert), et inférieur (en jaune). Il représente 80% du volume de la terre.
La densité varie de 3,3 à 5,5; la température et la pression augmentent jusqu’à 3500 d° et 1400 kbar.
La croûte est séparé du manteau par une discontinuité de Mohorovicic (MOHO) qui résulte de la différence de densité entre les deux parties.
Le manteau se divise en trois partie :
- une première sous-couche du manteau supérieur (en vert clair) sur environ 100 à 200 km, est solide et rigide. Elle forme avec la croûte terrestre, ce que l’on nomme la « lithosphère ».
- une deuxième sous-couche du manteau supérieur (en vert foncé) jusqu’à environ 670 km, n’est pas liquide, mais est rendu plastique sous l’effet de la température et de la pression. On l’appelle l’asthénosphère (asthénos = sans résistance).
Entre les deux couche, une zone appelée LVZ (low vélocity zone) correspond au passage progressif du solide au plastique.
- une troisième sous-couche, le manteau inférieur (en jaune). Il a les propriétés d’un solide élastique aux échelles de temps inférieures à l'année, et plastique aux échelles de temps supérieures au siècle.
A mesure que l’on s’enfonce, le manteau devient plus rigide, car l'effet de pression, qui maintient l'état solide, augmente plus rapidement que l'effet de température, qui provoque la fusion.
Enfin la troisième couche est le « noyau », (en rouge clair et foncé)
- Le noyau externe est liquide. Il est essentiellement composé de fer à 80-85 %, d'environ 10-12 % d'un élément léger non encore déterminé parmi le soufre, l'oxygène et le silicium, et enfin de l'ordre de 5 % de nickel. Sa viscosité est estimée à de 1 à 100 fois celle de l’eau, sa température moyenne atteint 4000 °C et sa densité 10. La discontinuité de Gutengberg (marque la transition entre le manteau et le noyau.
Ce métal en fusion est animé de mouvements de convection, essentiellement de nature thermique , qui interagissent avec les mouvements de la planète, (rotation quotidienne principalement, à plus longue échelle de temps, précession du globe terrestre).
A l’intérieur du métal naissent des courants électriques, qui produisent des champs magnétiques, qui eux mêmes renforcent ces courants. C’est l’explication du champ magnétique terrestre.
- Le « noyau interne » solide (également appelé « graine ») est essentiellement métallique (alliage de fer et de nickel principalement, en proportions environ 80 %-20 %) et constitué par cristallisation progressive du noyau externe. La pression de 3,5 millions de bars, le maintient dans un état solide malgré une température supérieure à 6000 °C et une densité d’environ 13. La discontinuité de Lehmann (non figurée) marque la transition entre le noyau externe et le noyau interne.
C'est par une sorte d'échographie de l'intérieur de la Terre qui a été établie à partir du comportement des ondes sismiques lors des tremblements de terre. Les sismologues Mohorovicic, Gutenberg et Lehmann ont réussi à déterminer l'état et la densité des couches par l'étude du comportement de ces ondes sismiques. La vitesse de propagation des ondes sismiques est fonction de l'état et de la densité de la matière. Certains types d'ondes se propagent autant dans les liquides, les solides et les gaz, alors que d'autres types ne se propagent que dans les solides.
On voit ci contre les enregistrement des ondes se propageant dans l’intérieur de la terre et se réfléchissant lors des discontinuités. Elles marquent les différentes couches.
Rappelons que l’on ne peut rien savoir par sondage, les plus profonds faits par les russes atteignant au maximum 15 km.
Demain, je parlerai des plaques tectoniques de la croûte terrestre et des tremblements de terre.
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