2 – Composition chimique du manteau La connaissance des

2 – Composition chimique du manteau
La connaissance des couches non accessibles le sont par des méthodes indirectes ou par des
raisonnements en liaison avec la formation du globe terrestre .
L’observation d’enclaves de péridotite et la mise en relation de la vitesse des ondes sismiques observée à
travers le manteau avec celle obtenue grâce à des mesures expérimentales en labo par ces mêmes ondes dans divers
matériaux testés, indiquent que le manteau est entièrement composé d’une seule roche, la péridotite.
Les principaux minéraux de cette roche sont l’olivine et le pyroxène (15 p.286), riches en ferro-magnésiens.
L’existence de l’asthénosphère s’explique parce qu’entre 100 et 700 Km (et surtout à 200 Km), le
géotherme (évolution de la température en fn de la profondeur dans le GT) se rapproche du solidus de la
péridotite : la température régnant à cette profondeur (1200 à 1300°C) est suffisante pour que 1 à 2 % de la
péridotite fonde (après, la Pression est trop forte !): ceci entraîne une diminution de la rigidité de l’ensemble
rocheux et réduit légèrement la vitesse des ondes
La lithosphère, par contre, est une couche caractérisée par une très forte rigidité, où les matériaux
soumis à de fortes contraintes « cassent » : c’est le seul endroit où on donc peut trouver des foyers sismiques !
La distinction entre lithosphère et asthénosphère est donc purement physique ou thermique (1200°) et
non chimique.
3 - Composition chimique du noyau
Des calculs de densité probable du noyau et l’analyse des météorites nous permettent de connaître la composition
du noyau :

calcul de densité (p 287 doc 18 b)
Masse volumique de la Terre ou des météorites de type chondrites = 5.5 g/cm3
Volume Terre 4/3 Π R3 = 10.8 x 1011 ou 1.08 x 1012 Km3
Volume Manteau = 0.92 x 1012 Km3 → 4/5 volume Terre → volume du noyau = 0.16 Km3
Masse volumique du manteau = 4.5 g/cm3
→ masse volumique du noyau : 1.08 x 5.5 = 0.92 x 4.5 + ? x 0.16
5.94 = 4.14 + 0.16 x
x = 1.8 /0.16 = 11.25 Or densité Fer = 12 très proche
Compte tenu de la densité moyenne du GT (5.5) et de celle des couches superficielles qui sont moins denses
(2.7 à 4.5), on peut prévoir que la densité du noyau est beaucoup plus élevée (12) et donc que sa composition
chimique est proche d’éléments lourds comme le Fer comme le laisse supposer des mesures de vitesses
d’ondes dans ces matériaux

L’analyse des météorites Doc 21 p 289
Les météorites sont des fragments rocheux d’origine extraterrestre qui tombent sur la Terre ; elles ont pour origine
la ceinture des astéroïdes, située entre Mars et Jupiter ; ce sont donc des corps appartenant au système solaire et
qui se formés de la même façon et à partir des mêmes matériaux que le GT.
Or on observe 2 types de météorites : des chondrites (85 %) et des achondrites (15 %) :
- Les chondrites, sont constituées de chondres (sphères millimétriques) et ont une composition chimique
identique à celle de la Terre dans sa globalité : mélanges de minéraux silicatés (Ol, PX et plagio) dans un
ciment de fer et de nickel :
- Les achondrites ne sont pas constituées de chondres ; on en distingue 3 types : pierreuses (minéraux silicatés :
PX et plagio), métalliques (fer + nickel) ou mixtes (mélanges des deux) : chacune d’elle a donc une composition
chimique différente, dont la 1ère coïncide assez bien avec celle de la croûte terrestre, la 3ème avec celle du manteau
et ….donc la seconde (métallique) coïnciderait avec celle du noyau dont elle révèlerait la nature métallique, faite
d’un mélange de fer et de nickel, en se basant sur le scénario suivant qui expliquerait la différenciation chimique du
GT après sa formation.
3 – Origine de la composition chimique différenciée de la Terre
Tous les corps du SS (météorites, planètes et satellites) se sont formés de la même façon et en même temps il y 4.5
GA, en 2 étapes successives

à partir d’une nébuleuse primitive en rotation autour du soleil, il y a eu d’abord une étape d’accrétion de
particules, ce qui a provoqué le grossissement progressif de diverses « planètes » ainsi que leur
échauffement et donc leur fusion (océan de magma !) car les bombardement météoritique libère une grande
quantité de chaleur ; les météorites de type chondrite sont les vestiges de cette étape.
 ensuite (200 MA plus tard), il y a eu une étape de différenciation des constituants chimiques par gravité :
les éléments les plus lourds (Fe et Ni) ont migré vers le centre, les autres sont restées en périphéries (roches
silicatées) ; les météorites de type achondrite sont les vestiges de cette étape
C - Bilan général
→ voir schéma ci après
La structure actuelle de la Terre s’explique par le processus de différenciation chimique qui a eu lieu au cours de la
formation de notre planète
Les discontinuités qui séparent les différentes couches sont soit chimiques soit physiques :
 Celles qui séparent croûte-manteau (Moho) et noyau (Gutenberg) sont chimiques :
 Celle qui sépare la lithosphère de l’asthénosphère (100 Km) ou celle qui sépare le noyau interne/ext sont
physiques : variation de l’état solide ou liquide ou variation de la rigidité du matériel solide - ce qui
provoque un changement de comportement mécanique
Croûte
Roches silicatées
+ riche en silice mais
moins riches en Fer et Mg
Océan : Basalte et gabbro :
Continent : gneiss et Granite
(Q, Flds sodiques et K, Micas,
amphibole)
d = 2.7 à 2.9
Manteau
Roches silicatées moins riches en Silice et
plus riches en ferro fer et Mg :
noyau
métal : Fer et Ni
Peridotite
Olivine - Pyroxène
d = 4.5
d = 10 à 15
La température, la pression et la masse volumique augmentent avec la profondeur : ils conditionnent l’état sous
lequel se trouve la matière : presque partout, sauf au niveau du noyau externe, c’est la P qui l’emporte sur la T,
car tout est y solide !