Chapitre 1 STRUCTURE ET COMPOSITION CHIMIQUE DE LA

Chapitre 1
STRUCTURE ET COMPOSITION CHIMIQUE DE LA TERRE
I Structure interne de la Terre
A) Les séismes et les ondes sismiques
Rappel sur les séismes.
1.
Sans le livre, définir les mots suivants : Séisme, faille, foyer d’un séisme, épicentre, ondes sismiques,
sismomètre (=sismographe), sismogramme.
2.
Toujours sans le livre, réaliser un schéma du principe d’un séisme. Vous utiliserez les mots faille, foyer d’un
séisme, épicentre, ondes sismiques, pour légender le schéma.
Principe du sismomètre : Document 1 page 8
3.
Rappeler le principe des sismomètres
4.
Les différentes types d’ondes sismiques : Document 2 page 12
5.
Construire un tableau comparatif des ondes P et des ondes S
TP 1 : ETUDE DE SISMOGRAMME
B) Propagation des ondes sismiques
La propagation des ondes sismiques
On définit un rai sismique comme une ligne perpendiculaire à la surface de propagation d’onde le long de laquelle se
déplace l’énergie
1.
Pourquoi utiliser la notion de rais sismiques ?
2.
Quelle est la différence fondamentale entre les ondes sismiques et les rais sismiques ?
On peut donc représenter le trajet des ondes sismiques par un rai sismique.
La propagation des ondes sismiques peut se rapprocher de celles des ondes lumineuses,
Sans discontinuité, les ondes sismiques se propagent en ligne droite.
on peut donc définir une loi de la réflexion et une loi de la réfraction
Rai sismique incident
Surface de discontinuité
Loi de la réflexion
Loi de la réfraction
C) Apport de l’étude des séismes à la connaissance des enveloppes de la Terre.
1. Mise en évidence de l’hétérogénéité de l’intérieur du globe
On se demande si l’intérieur de la Terre est composé des mêmes matériaux que
l’extérieur. L’observation du trajet des ondes sismiques va permettre de répondre à
cette question.
Les enregistrements d’ondes P faits à proximité d’un séisme permettent de
reconstituer le trajet des ondes P dans le globe. Les rais sismiques ont un trajet
courbe tel qu’indiquer sur le schéma ci-contre.
1) Supposons que la Terre soit homogène, utiliser les lois de la propagation des ondes sismiques pour tracer le
trajet des rais sismiques
Epicentre
Si l’on suppose que la Terre est homogène, le trajet des rais sismiques est-il courbe ?
Si les résultats d’un modèle ne correspondent pas à la réalité, alors le modèle est faux et doit être modifié.
Dans la question précédente, on a modélisé la Terre comme une sphère homogène. Or dans ce modèle, le trajet
des rais sismiques provenant d’un séisme est rectiligne, ce qui ne correspond pas à la réalité. L’hypothèse que la
Terre est une sphère homogène est donc faux. La Terre doit donc être hétérogène (formée de couches différentes)
2) Supposons donc que la Terre soit hétérogène, il y a deux possibilités, soit les matériaux profonds sont plus
denses soit ils sont moins denses. On va tester les deux hypothèses.
Hypothèse : La densité augmente avec la profondeur
Hypothèse : La densité diminue avec la profondeur
Argile
Péridotite
Granite
Granite
Péridotite
Argile
Utiliser les lois de la propagation des ondes sismiques pour tracer le trajet d’un rai sismique dans ces deux
hypothèses. L’angle de départ de ce rai sismique est de 20°. Vous indiquerez les angles à chaque discontinuité
3
Densité en g/cm
Vitesse des ondes P (en km/s)
Argile
2,2 – 2,6
3
Granite et gneiss
2,50 – 2,81
5,6
Péridotite
2,78 – 3,37
8,1
En utilisant les résultats ci-dessous, tracer l’allure du trajet des rais sismiques sur les schémas ci-dessous
Hypothèse : La densité augmente avec la profondeur
Epicentre
Indiquer maintenant quel est le modèle valide.
Hypothèse : La densité diminue avec la profondeur
Epicentre
Autre méthode de démonstration.
Document 7a page 13.
1) La vitesse des ondes P et des ondes S est-elle constante lors de leur trajet ? Si non, indiquer comment évolue
leur vitesse.
2) Que peut-on en conclure sur les couches profondes de la Terre.
2. Mise en évidence de la discontinuité de Mohorovic
En 1909, à l’occasion d’un séisme, Andrija Mohorovičić, géologue croate enregistre sur ses sismographes des
ondes P puis des ondes S et ensuite de nouveau des ondes P. Or ces trains successifs ont été produits par le
même séisme et sont donc partis d’un même lieu.
On explique l’apparition du deuxième train d’onde P par une réflexion des ondes sur une surface de discontinuité
profonde (voir schéma 5 page 15).
On explique l’apparition du deuxième train d’onde P par une réflexion des ondes sur une surface de discontinuité
profonde (voir schéma 5 page 15).
On connaît :
l’heure d’arrivée des ondes P à 3 h 12 min 16,493 s
l’heure d’arrivée des ondes PMP à 3 h 12 min 19,583 s
-1
la vitesse des ondes P dans cette région 6,25 km.s .
La distance à l’épicentre 63,3 km
1. En considérant que la distance h peut être négligé, calculer la profondeur de la surface de discontinuité.
Il faut utiliser le fait que les ondes P et les ondes PMP se propagent à la même vitesse, vitesse qui est connu
Une fois les deux équations de la vitesse posée, utiliser le fait que l’intervalle entre le temps d’arrivée des
ondes P et celui des ondes PmP est connu.
Il faut utiliser le théorème de Thalès pour se débarrasser des distances inconnues
Maintenant il faut essayer de tirer H de ces équations
2. A partir du document 6 page 15, décrire les caractéristiques de la répartition de la profondeur du Moho (=
discontinuité de Mohorovičić) à la surface du globe.
3. La zone d’ombre : mise en évidence de la discontinuité de Gutenberg
Mise en évidence de la zone d’ombre : carte de la
répartition des stations sismiques ayant
enregistré les ondes P du séisme du 28 février
2001
`0
1) Document 1 page 14 Qu’appelle-t-on la zone
d’ombre sismique ?
2) Placer la zone d’ombre sismique des ondes P sur
ce schéma.
TP 2 : MODÉLISATION DE LA ZONE D’OMBRE DES ONDES P
Mesure de la distance épicentrale et zone
d’ombre.
En 1936, Lehmann (1888-1993) montre que La
" zone d’ombre " entre 105 et 142° n’est pas
entièrement vide mais on y observe l’arrivée d’ondes
P très retardées. Lehmann
montre que ces ondes reçoivent
une explication bien plus
satisfaisante si l’on suppose
qu’elles ont été réfléchies à la
surface d’une partie centrale.
Elle découvre donc que le
noyau liquide de la Terre
contient une partie centrale
distincte solide : la graine.
La distance à l’épicentre se mesure :
Schéma bilan : trajet des ondes sismiques P dans la Terre