Cours_Structure_inte..
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Géologie 1 - Structure interne de la terre Année 2010-2011 GÉOLOGIE 1 – LA STRUCTURE DE INTERNE DE LA TERRE............................................................................2 CHAPITRE I – LES COUCHES SUPERFICELLES DE LA TERRE............................................................................................................2 1. Densité globale de la terre et densité des roches de surfaces..................................................................................2 2. Etude sismique et structure interne de la terre........................................................................................................2 A. Séismes et ondes sismiques.................................................................................................................................2 B. Les lois de Descartes et théorie sur les rais sismiques.........................................................................................3 C. Recherche de la limite basse de la croûte terrestre..............................................................................................3 3. Données géologiques issues des forages et du volcanisme......................................................................................4 A. Le volcanisme des baumes et les roches du manteau..........................................................................................4 B. Forages et observation directe de la croûte océanique.........................................................................................4 1/4 G ÉOLOGIE 1 – L A STRUCTURE DE INTERNE DE LA TERRE Problème : Comment déterminer l’organisation interne de la planète terre C HAPITRE I – L ES COUCHES SUPERFICELLES DE LA TERRE 1. DENSITÉ GLOBALE DE LA TERRE ET DENSITÉ DES ROCHES DE SURFACES TP 1 - Mesure de la densité des principales roches de la surface de la Terre: 2,7 - Les roches sédimentaires (Roche formée par la solidification de sédiments) : Les sédiments sont des boues de différentes natures se formant au fond des eaux lacs, fleuves, torrent, océans : calcaire, argiles, grès. - Les roches magmatiques : Les roches se formant par le refroidissement d’un magma. Basaltes et les granites. - Les roches métamorphiques : Les roches sédimentaires ou magmatiques qui changent d’aspect suite à une élévation de la température et de la pression. Gneiss. L’ensemble des roches que l’on trouve à la surface de la terre (on parlera de croûte terrestre) est constitué principalement de roches sédimentaires (70%) et de roches de types basaltes, granite et gneiss. La densité moyenne de ces roches est de 2,7. La densité moyenne de la terre est de 5,5. La terre ne présente donc pas en profondeur les mêmes roches qu’en surface. Sa structure est donc hétérogène. 2. ETUDE SISMIQUE ET STRUCTURE INTERNE DE LA TERRE A. Séismes et ondes sismiques. Séisme : Rupture en profondeur des masses rocheuses suite à une contrainte le long d’une faille Foyer : Zone de fracture ou naît le séisme. Epicentre : Point de la surface de la planète à la verticale du foyer. Exercice : Sismogramme sur le séisme d’Izmit /Calcul des vitesses de circulation des ondes Bilan : Lors d’un séisme, il y a libération d’une onde de choc ou onde sismique qui se transmet de proche en proche dans toutes les directions dans les masses rocheuses. En surface, des sismographes vont enregistrer l’arrivée de ces ondes sur des sismogrammes (voir sismogramme d’Izmit). Plusieurs types d’ondes produites par le séisme : - Ondes P (Premières), ondes longitudinales dites de compression/décompression. Les particules sont déplacées parallèlement à la direction de propagation des ondes de choc. - Ondes S (Secondes), ondes transversales dites de cisaillement. Les particules sont déplacées dans la direction perpendiculaire à la propagation. Elles ne se propagent pas dans un liquide. - Ondes L (Longues) ont une amplitude plus forte que les ondes P et S. Ce sont des ondes de surfaces complexes, tardives et responsables des principaux dégâts. Les ondes arrivent par paquet. L’étude des sismogrammes permet de déterminer la vitesse de circulation de ondes : Vp granite = entre 5 et 6.5 km/s Vp calcaire = entre 3.5 et 5.5 km/s Vp basalte = entre 4 et 5.8 km/s B. Les lois de Descartes et théorie sur les rais sismiques Front d'onde : Surface sphérique séparant les particules mises en mouvement des particules qui ne sont pas encore déplacées. Rai sismique : Rayon perpendiculaire au front d'onde. Discontinuité : Changement brutal de milieu. Bilan : Les ondes sismiques se comportent de la même manière que les ondes lumineuses. Les lois de Descartes s'appliquent ainsi aux rais sismiques (par analogie aux rayons lumineux). Lorsqu'un rai sismique rencontre une discontinuité (passage d’un type de roche à un autre type de roche par exemple), un rai sera réfléchi, un autre sera réfracté selon les lois de Descartes. L’angle de réfraction dépendra de la vitesse de l’onde dans le nouveau milieu, donc de la densité du nouveau type de roche. En particulier, lorsqu’un rai sismique traversant la croûte rencontrera la surface du manteau, il y aura naissance d’un rai réfracté et d’un rai réfléchi. C. Recherche de la limite basse de la croûte terrestre TP 2 - Analyse de sismogrammes et Détermination de la limite basse de la croûte sous les alpes Croute terrestre : Enveloppe superficielle de la terre, constituée d'un ensemble de roches différentes (Granite, Calcaire, Schistes, Gneiss, Grès....) de densité moyenne 2,7. Bilan : L'études des ondes p (et surtour du retard des pmp sur les pdir) permet de déduire l'existence d'une disconstinuité à une profondeur de 30 km en moyenne sous les continents. Cette discontinuité est appelée MOHO (du nom de son découvreur - 1909, Andria Mohorovicic). Sous les alpes centrales (partie la plus haute de la chaîne alpine) le Moho se situe vers - 50 km (sous l'hymalaya les Moho est détecté vers - 70 km). Pb : Quelle est la roche située sous le Moho ? Pb : Où se situe le Moho sous les océans ? 3. DONNÉES GÉOLOGIQUES ISSUES DES FORAGES ET DU VOLCANISME A. Le volcanisme des baumes et les roches du manteau TP 3 - Compte rendu de la Sortie terrain au volcan des baumes Bilan : Les laves basaltiques remontent des roches fragments de péridotite. Ces roches se distinguent par leur minéralogie (composition en minéraux) : Olivine (ou péridots), Pyroxène (Orthopyroxène et clinopyroxène), Spinelle. Les données de laboratoire indiquent que la spinelle est un minéral se formant à des profondeurs d’environ 60 km. L’affleurement des baumes permet donc de reconstituer partiellement la structure profonde de la terre : Présence de Péridotite vers 60 km de profondeur. Ce type d’observation est généralisable à l’ensemble des zones continentales. Hypothèse : La partie sous la croûte continentale qu'on appellera Manteau est constituée de Péridotite. B. Forages et observation directe de la croûte océanique Observation des affleurements sous marin : faille de VEMA dans l’atlantique Bilan : Les observations réalisées au niveau de fractures dans le plancher océanique révèle la nature de la croûte océanique, la profondeur du Moho et confirme la nature du manteau : Structure de la croûte océanique : - couche superficielle de sédiments (épaisseur variable de 0 à plusieurs milliers de mètres) - Une épaisse couche basaltes d’une épaisseur de 3-5 km environ. - Une couche de gabbros (2-4 km) : Roche magmatique entièrement constituée de cristaux apparents. Profondeur du Moho : Le moho se situe moins profond sous la croûte océanique que sous la croûte continentale. Sa profondeur varie de qq km à 10 km sous les sédiments. Nature du manteau : Le manteau sous le Moho est constitué de péridotite. Ceci confirme les hypothèses faîtes lors de la sortie des Baumes. Pb : Quelle est la profondeur du Maneau ? Pb : La péridotite peut elle être la roche plus denses déduite du Tp sur la densité des roches ?
