Modèle = une représentation simplifiée (souvent idéale) de la réalité d'un phénomène permettant d'élaborer une théorie adhérant aux observations et de prévoir ce qu'il se passerait dans certaines conditions MODELE PREM APPARITION DU MODELE PREM En sciences, alors que certains modèles deviennent obsolètes dès leur publication ou presque, d’autres semblent éternels. EX : l’évolution Le modèle PREM, pour modèle préliminaire de référence de la Terre, fait partie de la seconde catégorie. Ce modèle, pensé pour être préliminaire, fait pourtant figure de référence depuis 40 ans, à tel point qu’aucun autre modèle n’ose plus se prétendre être « de référence ». La composition et la structure de la Terre intriguent les chercheurs depuis longtemps. Il faut dire qu’au début du siècle dernier, on connaissait mieux les confins de notre système solaire que l’intérieur de notre planète. En 1930, on découvrait l’existence de Pluton (4milliards de km) mais ce n’est qu’en 1936 que la structure la plus profonde de la Terre, la graine, a été mise en évidence par la sismologue danoise Inge Lehmann On ne peut pas creuser pour aller voir l’intérieur de la Terre. Ce n’est pas faute d’avoir essayé : le forage le plus profond, celui de Kola en Russie, a été lancé en 1970 mais arrêté en 1989 faute de progrès. En effet, même armé du matériel adéquat, ce forage n’a atteint que 12 kilomètres sur les 30 kilomètres nécessaires pour atteindre la limite entre la croûte et le manteau. Comparé au rayon de la Terre, c’est comme si, sur un ballon de basket, vous n’aviez creusé que l’équivalent de l’épaisseur de quelques cheveux… Mais, si creuser n’est pas une option pour étudier les profondeurs de la Terre, que faire ? Eh bien, il est possible de faire une échographie de notre belle planète, grâce aux ondes générées par les séismes ! Tout ce qu’on a fait au cours de cette activité 3 en fait c’est plus ou moins ce qui a été nécessaire pour créer le modèle PREM. Slide 117 Partie 1 = tracé des ondes / leur trajets et donc la mise en évidence de déviation = discontinuité qui indique un changement de milieux Partie 2 = la célérité des ondes On a étudié la vitesse des ondes par rapport à leur profondeur et les couches ont été déterminées de cette façon Rappel Qu’est ce qui fait varier la vitesse d’une onde ? - Nature roche Température Densité Comportement de la roche Donc cette étude de la vitesse des ondes sismiques en fait elle permet d’obtenir quoi… elle permet de connaître l’état physique des matériaux traversés (rappel les ondes S ?) et la masse volumique du matériau traversé Pourquoi la masse volumique change en profondeur ? Parce que la pression change. Donc connaître la masse volumique a permis aux scientifiques des calculer la pression, les changements de pression en fonction de la profondeur Au tableau écrire A partir de la vitesse, on sait que la masse volumique change ET DONC on peut calculer la pression en profondeur BILAN cours MODEL PREM En plus de – pression et – masse volumique, le modèle prend en compte nos connaissances des roches/du type de roches présent dans les différentes couches Ondes se propagent différemment selon la nature et la structure minéralogique des roches qu’elles traversent Comment ? 1. Le magnétisme nous indique que l'intérieur de la terre doit contenir un fluide conducteur de l'électricité. Comme ce n'est pas le manteau (qui est isolant) cela ne peut être que le noyau, qui doit donc être métallique. 2. Le moment d'inertie de la Terre permet de contraindre le modèle de la Terre et de dire avec certitude qu'il y a quelque chose de lourd au centre de la Terre. Le moment d'inertie (résistance qu’oppose un corps à sa mise en mouvement) d'une sphère de densité uniforme s'exprime en fonction de la masse M de la sphère et de son rayon R selon la relation : I = 0,4 M.R.R. Or les mesures astronomiques du moment d'inertie de la Terre indiquent qu'il vaut : I = 0,33 M.R.R Cette différence s'explique par une répartition non uniforme des masses à l'intérieur de la Terre. Compte tenu de la faible densité des roches de la croûte et du manteau par rapport à celle des chondrites, il existe une zone de concentration de masse proche de son centre. La Terre est donc constituée d'un noyau plus dense que ses parties périphériques... NOYAU ET METEORITE Les météorites, pierres tombées du ciel sont connues depuis longtemps. Par exemple, la figure 4 est une gravure qui illustre la chute de la première météorite recensée et tombée en France en 1492 : c'est la météorite d'Ensisheim en Alsace. Elle est tombée sous forme de plusieurs morceaux dont la masse totale était d'environ 16 kg. À cette époque, les météorites, perçues comme un message divin étaient remises à l'Église, ce qui explique que le Vatican possède une belle collection de météorites. Que nous apprennent les météorites sur la formation de la planète L'étude des météorites nous laisse penser que la Terre est le produit de processus d'accrétion survenus à l'aube de la formation du Système solaire, à partir de petits corps célestes. Certains résidus de ces petits corps sont encore là, sous la forme de météorites qui tombent sur la Planète bleue. Comment sait-on que les météorites sont les corps qui ont formé la Terre ? Environ 80 % des météorites trouvées sur Terre sont des chondrites = silicates + quelques éléments métalliques. Les autres sont des sidérites (elles sont constituées de fer presque pur avec du nickel) et des achondrites, lesquelles sont proches des roches plutoniques et volcaniques. La composition chimique moyenne des chondrites est remarquablement similaire à celle de l'atmosphère du Soleil, d'où l'hypothèse que ces météorites proviennent du même matériau à l'origine de notre Étoile. Au début des années 1950, le grand chimiste Harold Urey a classé les chondrites en fonction de leur richesse en fer et, surtout, selon leur contenu en particules de fer ou en fer oxydé lié à des silicates, avec son élève Harmon Craig. Il s'est avéré qu'une classe particulière de chondrites, les chondrites à enstatite, était en mesure d'éclaircir le mystère de l'origine de la Terre et celui de sa structure différenciée, avec un noyau, un manteau et une croûte. En effet, lorsque l'on retire d'une chondrite à enstatite les particules de fer natif qu'elle contient, le résidu est chimiquement très proche des péridotites, les roches qui constituent une large part du manteau de la Terre. ET DONC UNE HYPOTHESE A ETE DEVELOPEE La Terre se serait formée à partir de petits corps rocheux similaires aux chondrites à enstatite MAIS du fait de la chaleur de cette accrétion (éléments radioactifs), les éléments métalliques (fer et nickel) auraient fondu et percolé entre les grains rocheux SCHEMA Est-ce réellement possible ? est ce que tout le fer de la planète va fondre et percoler au centre ? BILAN En 1981, un modèle de la structure interne de la Terre est développé : le modèle PREM, qui se veut préliminaire mais sert référence théorique depuis plus de 40 ans. Ce modèle se base sur : - Des données sismiques : variations de vitesse de propagation Des données thermiques (composition du noyau par exemple / forage) Les variations de masses volumiques/densité en function de la profondeur et donc les changements de pression en fonction de la profondeur La composition chimique et physique des roches
