CHAP 3 : STRUCTURE DU GLOBE 3.1 Les apports des données sismiques La structure interne du globe est difficile à aborder par des méthodes d’observations directes. En effet, à part le forage le plus profond du Monde situé sur la péninsule de Kola à l’ouest de Mourmansk (12261m / t°c=200°C / Roches atteintes vieilles de 2,8 Ga), aucune approche directe n'est possible des structures profondes du globe. La compréhension de sa structure repose donc sur des méthodes d’explorations indirectes comme l’étude de la propagation des ondes sismiques à travers les couches internes du globe. 3.1.1 L’apport des séismes lointains Un séisme correspond à la rupture d’un bloc de roche soumis à des tensions qui s'accumulent pendant des années, voire des siècles, dans les zones de l'écorce terrestre subissant des contraintes tectoniques. L'énergie accumulée pendant toute la période de déformation élastique des roches est alors brutalement libérée au foyer (hypocentre) du séisme. Elle est transportée sur de très grandes distances par les vibrations ou ondes sismiques émises dans toutes les directions à partir du foyer. Les sismographes disposés « un peu partout» à la surface du globe enregistrent le passage de ces ondes. Ces appareils très sensibles permettent d'analyser les mouvements du sol dans les différentes directions et de chronométrer les temps d'arrivée des trains d'ondes successifs qui sont habituellement observés. Trois groupes de vibrations décalées dans le temps se succèdent, avec des caractéristiques vibratoires différentes. Différents types d’ondes Ondes P : (Premières) les plus rapides, sont des ondes longitudinales de compression-dilatation qui se propagent dans les solides et dans les fluides Ondes S : (secondes) plus lentes, sont des ondes transversales de cisaillement qui ne peuvent se propager que dans les solides Ondes L : (ondes de surface) les moins rapides mais les plus destructrices, sont à l'origine de mouvements très complexes du sol. Par ailleurs, Si les ondes L de surface ne se propagent que dans les couches superficielles du globe, les ondes P et S en revanche traversent le globe terrestre et leur étude fournit des renseignements sur la structure interne de notre planète. TP courbes VP-VS en fonction de la profondeur Suite à l’étude du graphique, on remarque 2 anomalies nettes et distinctes en ce qui concerne les vitesses de propagation des ondes sismiques. Une située aux environs de 2900 km de profondeur et l’autre autour de 5100 km. On remarque également mais moins distinctement une baisse de la vitesse de propagation des ondes P et S vers -70 km. Ces variations de la vitesse de propagation des ondes correspondent à des changements de structures au niveau des roches et sont appelées discontinuités. Étude du document II.1 Doc. II.1 Pour des séismes situés entre 800 et 11000 km (105°) de l’épicentre, on observe une réception banale d’ondes P et S directes. De 11500 à 14500 km (143°), Il existe une zone d’ombre sismique "anneau du silence" qui correspond à une absence de réception d'ondes directes P et S. Au-delà de cette zone d'ombre, les ondes réapparaissent mais plus lentes. Cette absence de réception d'onde est due à un changement de structure entre le Manteau et le noyau externe (K: kern = noyau) et correspond à la discontinuité de GUTENBERG Une autre discontinuité est mise en évidence par les ondes PKIKP; c'est la discontinuité de LEHMANN. Elle sépare le noyau externe du noyau interne (densité plus élevée) 3.1.2 L’apport des séismes proches Étude du document II.2 Doc II.2 Jusqu'à 200 km de l'épicentre, l'enregistrement des ondes est banal; la station reçoit des ondes P et S à faible vitesse nommées Pg et Sg. Au-delà de 200 km de distance, la réception est plus complexe puisqu'on reçoit deux types d'ondes P (Pg et Pn) Pn étant des ondes P réfractées sur une couche située entre la croûte et le manteau et qui ont circulé à la surface supérieure du manteau. Cette discontinuité a été mise en évidence par MOHOROVICIC en 1909 lors d'un séisme en Croatie (MOHO) De plus les vitesses de propagation des ondes dans la croûte présentent des disparités. De 6,4 à 6,9 km/s dans la croûte océanique correspond à une roche plus dense; le Basalte. De 5,6 à 5,8 km/s dans la croûte continentale correspond à une roche moins dense; le Granite. Croûte océanique et croûte continentale se juxtapose au niveau des marges stables (voir Doc.II.3). Des études plus détaillées ont mis en évidence une faible diminution de la vitesse des ondes P et S vers 100 km de profondeur. Cette zone à faible vitesse appelée LVZ (Low Velocity Zone) s'étend en fait de 100 à 230 km de profondeur et correspond à une fusion très partielle (1%) du manteau supérieur; Elle permet de définir une nouvelle zone moins rigide séparant la lithosphère (croûte + partie superficielle du manteau) de la mésosphère (voir Doc. II 4) Doc. II 3 Doc. II 4