Place forme et constitution de la Terre J-P Geslin

Place, constitution et origine de la Terre
I- La terre dans l’univers :
Notre système solaire est
constitué d’une étoile appelée « le
Soleil » qui brûle de l’hydrogène
et qui tourne sur lui-même (en 25
jours à l'équateur mais en 36 j aux
pôles…) et de 8 + 1 planètes1
tournant, elles, autour du Soleil.
Le mot « planète » vient du mot
grec signifiant "vagabond".
Les 8 (auparavant 9) planètes :
1. Mercure : c’est la plus proche
du soleil. Elle tourne
autour de lui en 88 jours et
sur elle -même en 59 jours
terrestres. 4880 km de
diamètre. Elle est quasi
dépourvue d’atmosphère :
son ciel apparaît donc noir
avec un soleil 2,5 fois plus
grand que sur Terre. Des
cratères
d’impacts
de
météorites à sa surface, des
coulées de lave et de grandes falaises formées lors
de son refroidissement.
Système solaire (planètes + soleil).
Le Soleil est à gauche, Mercure (la planète la plus proche du Soleil)
et Pluton (la plus éloignée) sont proportionnellement si petites
qu’elles ne sont quasiment pas visibles ici).
Mercure
Surface de Mercure.
2. Vénus est appelée parfois « étoile du berger2 », « étoile
du matin » ou « étoile du soir » du fait de son éclat marqué. Elle
tourne autour du Soleil en 224 jours et sur elle-même en 243
jours. La rotation de Vénus s’effectue d'est en ouest. Pour un
observateur situé à sa surface, le soleil se lèverait donc à l'ouest
et se coucherait à l'est. Vénus a un diamètre de 12104
kilomètres. Son atmosphère est constituée de gaz carbonique
avec des nuages de gouttelettes d’acide sulfurique. Sa surface
est plus chaude que celle de Mercure car il existe un effet de
serre. Des cratères d’impacts de météorites à sa surface et des
coulées de lave.
Vénus (photographie de la NASA)
1
Planètes = "gros" objets gravitant autour du soleil (ou d’une autre étoile) sans être une étoile (il existe des étoiles doubles). Le
déplacement s’effectue sur une orbite elliptique à ellipticité faible… (Cf. les comètes à forte ellipticité). Une planète
n'émet pas de lumière propre. La notion de « gros » est évidemment à discuter. Cérès avec son diamètre de 1025 km
est considéré comme trop petit pour être 1 planète et on le range dans les astéroïdes. Pluton avec un diamètre de 2240
km n’est plus considérée comme une planète. L’effet de sa propre gravité confère à une planète une enveloppe
sphérique et lui a permis de « dégager le voisinage autour de son orbite » en attirant ce qui l’entoure.
2
Vénus est, en l’absence de Lune, le premier astre visible au coucher du soleil, l’heure où les bergers rassemblaient leurs
troupeaux.
Jean-Pierre Geslin, professeur.
1
3. La Terre tourne autour du Soleil en 365, 25 jours (soit une vitesse de 108000 km à l’heure ou
27,79 km/s) et sur elle-même d’ouest en est en 1 jour. Elle se situe à une distance d'environ 150
millions de kilomètres du Soleil. Pour s’évader de son influence liée à la gravité, il faut atteindre
une vitesse de 40320 km/h soit 11,2 km/seconde. Son atmosphère est composée de 78% d'azote,
de 21% d'oxygène (O 2 ) et de 1% pour les autres constituants (dont le dioxyde de carbone CO2 ).
Cette atmosphère nous protège de la plupart des météorites en les brûlant avant qu'ils ne frappent
la surface. La terre est la seule planète du système solaire
abritant la vie. Vue de l’espace (page 6), ses océans
apparaissent bleus, ses continents bruns et verts et ses
nuages blancs.
4. Mars (« la planète rouge »)… les Romains l’ont
nommée ainsi en l’honneur de leur dieu de la guerre.
Située à 1,5 fois la distance Soleil- Terre. Tourne autour
du soleil en 687 jours et sur elle-même en 24,6 heures.
Atmosphère : dioxyde de carbone : 95,32%, Azote :
2,7%. Oxygène et vapeur d’eau (1000 fois moins que sur
Terre) sont présents en quantité minime. Peu de nuages. 1
calotte polaire située alternativement à chaque pôle est
constituée de dioxyde de carbone gelé.
Mars
5. Jupiter est la plus grosse, couleur jaune-orange. Située
à 5, 2 fois la distance Soleil- Terre. Tourne autour du
soleil en 4333 jours et sur elle- même en 0,41 jours. 11
fois le diamètre de la Terre, 142 800 kilomètres de
diamètre à l’équateur. Un anneau unique de poussières
qui n’est pas visible depuis la Terre et qui a été découvert
en 1979 par la sonde Voyager. Planète gazeuse sans sol à
atmosphère constituée d'hydrogène (environ 90 %) et
d'hélium (environ 10 %) avec de petites quantités de
méthane, d'ammoniaque, de vapeur d'eau... La grande
tache rouge est en fait une tempête gigantesque qui
tourne en sens inverse des aiguilles d’une montre.
6. Saturne , de couleur jaune pâle, possède 7 anneaux,
dont certains bien visibles, constitués d’une multitude de
particules de poussières et de glace. Située à 9,5 fois la
distance Soleil-Terre. Rotation autour du Soleil en 29,5
années terrestres et sur elle-même en 10 heures et 39
minutes (= 0,43 jours). Diamètre de 9,5 fois celui de la
Terre soit 119 300 kilomètres à l'équateur. Saturne est la
seule planète dont la densité est inférieure (de 30 %) à
celle de l’eau. Planète gazeuse sans sol à atmosphère
composée principalement d'hydrogène (97 %) avec de
petites quantités d'hélium et de méthane...
Dans la mythologie Saturne est l'équivalent romain du
dieu grec Cronos. Il est le fils d’Ouranos et le père de
Jupiter.
Jupiter avec sa « grande tache rouge ».
Jean-Pierre Geslin, professeur.
Saturne avec ses anneaux.
2
7. Uranus a été découverte par William Hershel le 13
mars 1781. Sa couleur bleue est due à du méthane. Située à
19,2 fois la distance Soleil- Terre. 11 anneaux, l’extérieur
nommé epsilon est principalement composé de blocs de
glace d'une grosseur de quelques mètres et les autres sont
formés de poussières.
Uranus tourne autour du soleil en 84 ans et sur elle- même
en moins de 17 heures et 14 minutes (˜ 0,75 jours). Son
axe de rotation est incline de 80% par rapport à son orbite.
Comme Vénus, sa rotation s’effectue d'est en ouest. 4 fois
le diamètre de la Terre. Atmosphère composée de 83%
d'hydrogène, 15% d'hélium et 2% de méthane. Vents
violents. L’existence d’un noyau rocheux est discutée.
Uranus : 11 anneaux non visibles de
8. Neptune.
Galilée, observant Jupiter le 28 décembre 1612 et le 22
janvier 1613, avait fait figurer Neptune sur ses croquis,
pensant qu'il s'agissait d'une étoile. Neptune a été prédite
mathématiquement par un étudiant de Cambridge : John
Couch Adams dès 1843… grâce aux perturbations qu'elle
exerce sur l'orbite d'Uranus… mais les travaux d’Adams ne
furent pas considérés comme sérieux à l’époque! Neptune
fut découverte en 1846 par Johann Gottfried Galle
(astronome allemand de l'Observatoire de Berlin) et
Heinrich Louis d'Arrest (un étudiant Danois en
astronomie qui l’assistait), grâce aux calculs du français
Urbain Jean Joseph Le Verrier de l’observatoire de Paris.
Neptune possède une couleur bleue due à la présence de
méthane. 4 anneaux. Située à 30 fois la distance SoleilTerre. Parcourt son orbite autour du soleil en presque 165
ans. Tourne sur elle- même en 16 h. Diamètre de 49 520
kilomètres soit presque 4 fois celui de la Terre. Atmosphère
composée de 85% d'hyd rogène, 13% d'hélium, 2% de
méthane et un peu d’ammoniac. Vents violents (jusqu’à
2000 km/h). Une « grande tache sombre » en fait bleutée
avec des traces roses, cyclone tournant de façon antihoraire et d’origine similaire à la « grande tache rouge » de
Jupiter a été observée en 1989. Le télescope spatial Hubble
ne l’a pas repérée en 1994 ce qui indique une évolution
rapide de la surface. Une « Petite Tache sombre », au sud
de la « Grande Tache sombre » semble aussi correspondre
à un cyclone.
Dans la mytho logie romaine, Neptune (Poséidon en grec)
était le Dieu de la Mer.
9. Pluton : placée ici par habitude, Pluton n’est plus
considérée par les spécialistes comme une planète à part
entière. Il est possible qu'il s'agisse d'un satellite de Neptune
qui aurait perdu sa trajectoire initiale.
Jean-Pierre Geslin, professeur.
la Terre. Couleur bleue due au
méthane qui absorbe la lumière
rouge dans la haute atmosphère.
Neptune avec sa « grande tache
sombre » observée en 1989 par
Voyager 2 (NASA). Couleur bleue
due à du méthane. 4 anneaux fins et
non visibles de la Terre.
Pluton.
3
Découvert en 1930 par l'Américain Clyde Tombaugh, ce corps est situé à presque 40 fois la
distance Soleil- Terre. En fait, comme son orbite est plus elliptique que celle de Neptune, pendant
une vingtaine des 165 années de la révolution de cette dernière, Pluton se situe entre le Soleil et
Neptune. Ce fut le cas entre 1979 et 1999. Pluton tourne autour du Soleil sur une orbite très
inclinée en 248,5 ans. Rotation d'est en ouest en 0,27 jours. Pluton est petite (2240 km de
diamètre)… plus petite que la lune et peu dense (d = 1). Elle est formée d’un noyau rocheux
entouré de glace.
Toutes les planètes3 tournent dans le
même sens autour du soleil. Elles tournent
toutes (sauf Pluton non considérée comme une
planète) sur (ou près) du même plan,
appelé écliptique.
Uranus et Pluton « roulent » sur leur
orbite alors que les autres planètes tournent
comme des toupies.
On distingue si on les classe : les planètes
telluriques et les planètes rocheuses…
• Les planètes telluriques (Mercur e, Venus,
la Terre, Mars) qui sont les plus proches du soleil,
se caractérisent par leur petite taille, leur faible
masse mais leur forte densité (avec 5,5 c’est la
Terre qui a la plus forte densité) et leur nature
rocheuse. Une planète tellurique est dotée d’un
sol.
• Les planètes gazeuses (Jupiter, Saturne,
Uranus et Neptune) qui sont plus éloignées du
soleil, volumineuses (on parle de planètes
géantes), massives mais peu denses (de 0,7 à 1,6).
Leur atmosphère est constituée d'hydrogène pour
l’essentiel. Elles sont pourvues de nombreux
satellites et sont toutes ceinturées
d'anneaux (satellites détruits ou satellites
avortés ?).
On dit encore que ces 4 planètes sont
« joviennes », c’est-à-dire de la même
nature que Jupiter.
Jupiter est une planète ne possédant pas de
surface solide, sa matière gazeuse devient
simplement plus dense avec la profondeur.
Il en est de même pour Saturne alors que
Neptune
(et
peut-être
Uranus)
présente(nt), elle(s), un noyau rocheux.
Les transneptuniens :
A partir de 1992, les astronomes ont
découvert une vaste population de petits
corps en orbite autour du Soleil au-delà de
Neptune : « la
ceinture
d’EdgeworthKuiper » ou « ceinture de Kuiper ».
70 000 de ces "transneptuniens" ont des
diamètres supérieurs à 100 km.
* UB313 est le plus gros : 2 800 km de
diamètre.
* Pluton n’est peut-être que l’un des plus
volumineux de ces corps.
* Segna (du nom de la déesse de la mer chez
les esquimaux) se situe à presque 3 fois la
distance Soleil-Pluton (soit 90 U.A1 du
soleil). 1 800 km de diamètre. Couleur
rougeâtre.
* Quaoar (prononcer kwa-whar) découvert
en 2002, plus éloigné que Pluton, est un
"transneptuniens" d’un diamètre d'environ
1280 km.
Note 1. Une U.A. = distance Terre-soleil = 150
000 000 km. L’étoile la plus proche est à 250
000 U.A. du soleil.
Valeurs des diamètres arrondies…
http://www.astro.uni-bonn.de/~bertoldi/ub313/
3
Quand j’étais enfant, pour retrouver les planètes, nous nous rappelions la phrase mnémotechnique
suivante : « Me Voici Toute Mignonne, Je Suis Une Nouvelle Planète »…
Jean-Pierre Geslin, professeur.
4
Des satellites naturels tournent autour de certaines des
planètes :
* Mercure et Vénus en sont dépourvues.
* 1 pour notre Terre : … c’est la « Lune » qui tourne sur ellemême dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et autour de
la Terre en 27 jours. Elle orbite à 380 000 km de la Terre et a un
rayon de 1738 km.
* 2 pour Mars (Phobos et Deimos).
* 40 pour Jupiter (dont 4 découverts par Galilée en 1610 : Io,
Europa, Ganymède et Callisto et 24 découverts de 1999 à 2002).
* 30 pour Saturne. Le premier : Titan fut découvert par Huygens
en 1655. Les 4 suivants par ordre décroissant de taille sont Rhéa,
Japet, Dioné et Thétys. 12 nouveaux ont été observés en 2000.
* 22 pour Uranus (les plus gros, découverts par Herschel en 1787,
Notre satellite : la Lune .
sont Titania et Obéron. 7 petits nouveaux découverts depuis 1997.
* 11 pour Neptune dont le plus volumineux est « Triton » qui
tourne sur une orbite inverse de celle de sa planète et présente une activité volcanique. 6 ont été
découvert par la sonde Voyager 2 en 1989. 3 repérés en 2002.
* 1 pour la "planète" naine Pluton (Charon découvert en 1978).
Les astéroïdes, les comètes et le milieu interplanétaire :
Il faut ajouter les astéroïdes (sans doute des milliards) qui tournent également autour du soleil et
sont situés pour la plupart entre Mars et Jupiter, des comètes et le milieu interplanétaire.
Le premier astéroïde découvert (en 1801 par Giuseppe Piazzi) : Cérès, est aussi le plus grand (1025
km de diamètre). Les 3 qui ont ensuite été trouvés sont Pallas, Vesta, et Junon. 26 ont une taille
supérieure à 200 km et 400 000 mesurent plus d’un km. On distingue 3 grands types d’astéroïdes (et une
douzaine d’autres plus rares) d’après leur composition. 2 origines possibles : reste d’une planète qui
aurait explosé ou reste de la nébuleuse primitive.
Les comètes :
Ce sont des corps en orbite autour du soleil et au-delà de
Neptune. Certaines plongent vers le soleil avant de s’en éloigner
à nouveau et parmi elles une partie effectuent ce voyage
périodiquement. C'est la chaleur du soleil qui est à l'origine de
la naissance de leur queue. Ces comètes proviendraient :
* soit « la ceinture de Edgeworth-Kuiper » (dans laquelle
évolue Pluton qui n’est peut-être aussi qu’une « comète ratée »).
C’est de cette ceinture que proviennent les comètes à courte
période (comme la célèbre comète de Halley).
Une comète.
* soit du « nuage de Oot » (du nom d’un astronome hollandais)
plus lointain, sorte de cocon d’où proviendraient les comètes à
longue période.
Le milieu interplanétaire comprend la « poussière interplanétaire » = particules solides microscopiques
+ le « gaz interplanétaire » = plasma = courant de gaz et de particules chargées (protons et électrons) en
provenance du soleil = vent solaire.
Jean-Pierre Geslin, professeur.
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Soleil, étoiles et galaxies :
Le Soleil renferme 99,85% de toute la matière
du système solaire. Les planètes, qui se sont formées à
partir du même disque de matériel que lui, contiennent
seulement 0,135% de la masse du système solaire. Les
satellites des planètes, les comètes, les astéroïdes, les
météorites et le milieu interplanétaire constituent le
0,015% qui reste.
Notre galaxie (« la Voie lactée ») est un
disque en forme de spirale qui contient notre système
solaire mais aussi 220 milliards d'autres étoiles que
le soleil. Elle tourne sur elle- même, dans le sens des
aiguilles d’une montre, en 250 millions d’années et en
serait à sa 18ème rotation. Elle se déplace à une vitesse
de 2 160 000 km/h (soit 600 km/s).
Le soleil est une étoile.
L’étoile la plus proche de notre soleil est une
Les étoiles peuvent brûler de
étoile naine rougeâtre appelée « Proxima du
l’hydrogène, de l’hélium…
Centaure ». Elle est située à 4, 3 années- lumière de
nous (cela signifie que la lumière se déplaçant à la
vitesse de 300 000 km/ seconde, il lui faudrait 4,3 années pour parcourir la distance).
La galaxie la + proche est la galaxie d' Andromède . Elle est 4 fois plus grosse que la notre
et se situe à 2 millions d'années- lumière de nous. Elle se rapproche de la Voie Lactée à la vitesse de
990 000 km/h soit 275 km/seconde. Les 2 galaxies entreront en collision dans 4 à 5 milliards
d’années.
La couleur du soleil et des autres étoiles est déterminée par leur masse qui détermine elle- même
leur température. La température de surface de étoiles varie de 2500 °C à 20 000°C. Une étoile dont
la température de surface est de 2500-3000 degrés est petite et à une couleur rouge (exemples
Antarès, Bételgeuse). Si une étoile possède une température de surface de 6000°C, elle est moyenne
et de couleur jaune comme notre soleil. Entre 8000 et 20000 degrés, elle est grosse et passe du blanc
(Procyon, Sirius) au bleu (Vega).
Certaines étoiles possèdent également un système de planè tes et on a découvert plusieurs centaines.
Evolution des étoiles :
Les étoiles se forment par bouquets à partir de nuages interstellaires qui se contractent
sous l'effet de la gravitation. Une étoile « brûle » d’abord son hydrogène qu’elle transforme en
hélium. Plus une étoile est massive, plus elle consomme rapidement l'hydrogène qu'elle contient.
L’étoile consomme ensuite l’hélium qu’elle a produit et qu’elle transforme en carbone et oxygène.
Elle « brûle » ensuite son carbone qu’elle transforme en néon, sodium, magnésium, silicium, soufre,
nickel, cobalt… formation finale de fer…. qui, lui, ne « brûle » pas.
* Une étoile dont la masse est inférieure à 5 fois celle du soleil (et donc notre Soleil lui-même)
deviendra une « géante rouge » (immense puisque le volume de notre soleil atteindra alors l’orbite de la
Terre et même au delà) lorsqu’elle consomme son hélium. Ensuite la géante rouge perd ses couches
périphériques sous la forme d'un « vent stellaire » et évoluera en une « naine blanche » de quelques km
de diamètre. Enfin, elle s’éteindra, se transformant en « naine brune » puis « naine noire ».
Jean-Pierre Geslin, professeur.
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* Lorsqu’une grosse étoile (6 à 8 fois ou plus que la
masse du soleil), après être passée par le stade de géante rouge, a
consommé la majorité de son carburant, elle s’effondre sur ellemême passant par le stade « naine blanche » vu ci-dessus mais…
Mais cette naine blanche peut exploser en une « supernova ».
Ce phénomène ne dure que quelques heures à quelques jours.
Ce qu’il en reste ensuite constitue une « étoile à neutrons »
(de l’ordre de 15 km de diamètre mais aussi massive que le
Soleil actuel) par interpénétration des atomes, des neutrons se
forment par combinaisons des électrons (négatifs) avec les
protons (positifs). Une « étoile à neutrons » en rotation
rapide peut émettre des ondes radio constituant alors un
« pulsar ». Nous verrons que si le noyau d’une « étoile à
neutrons » est suffisamment massif, il peut devenir un « trou
noir ».
* Entre 5 et 6 à 8 fois la masse du soleil… on ne sait pas
prédire l’évolution.
Une supernova.
Source NASA / Lick Observatory
A noter que les étoiles vivent souvent en couples. Lorsque les
deux partenaires sont proches, des transferts de matière
peuvent s'opérer de l'une au l'autre, transfert de matière pouvant
augmenter ou raccourcir la durée de vis de ces astres.
Un trou noir est un objet si massif, possédant un
champ gravitationnel si intense, qu’il empêche toute forme de
matière mais aussi de rayonnement de s’en échapper. Un tel
objet n’émet donc pas de lumière : il est noir et donc non
visible... Pensons à un trou noir dont la masse serait égale à
celle du soleil, son diamètre serait alors de 6 kilomètres… mais
son attraction serait du même ordre… Certains trous noirs se
forment par l’effondrement d’une étoile - en fin de vie car elle
a brûlé tout son combustible - sur elle même (= « trous noirs
stellaires »). D’autres, de masse beaucoup plus
élevée (des milliards de fois), se situe nt au
centre des galaxies (= « trous noirs
supermassifs »
=
« Trous
noirs
galactiques »)... y compris la notre…
An centre, le trou noir XTE
J1550-564
On peut mettre en évidence un
trou noir par l'attraction
gravitationnelle qu’il exerce sur
un corps proche.
Les quasars (mot masculin) :
Ils ont été découverts vers 1960. Ce
sont des objets très éloignés (en dehors de
notre galaxie). Le quasar le plus proche connu
est 3C 273 qui se situe à un peu plus d'un
milliard d'années- lumière (=la lumière a mis
plus d’1 milliard d’années à nous parvenir).
Ils sont très brillants… des milliards de fois
plus qu’une étoile… mais leur luminosité peut
considérablement varier en quelques jours ou
quelques heures. Ils sont situés au centre de
galaxies. On en connaît environ 20 000.
Galaxies-hôtes de quasars :
télescope spatial Hubble.
John Bahcall (IAS, Princeton),
Michael Disney (University of Wales), NASA.
Jean-Pierre Geslin, professeur.
7
10 % d’entre eux émettent des rayonnement s radio, les autres sont désignés sous le nom de
« quasars muets ».
Les étoiles entraînées vers un trou noir galactique finissent déchiquetées en un plasma (= gaz
ionisé = gaz porteur de charges électriques) porté à plusieurs milliards de degrés par la friction. Ce
plasma évacue une énergie gigantesque sous forme de rayonnement : c’est un quasar… manifestation de
la présence d’un trou noir.
Une constellation est un groupement apparent d'étoiles dans le ciel, groupement qui n’a en fait pas
de réalité physique puisqu’il est sans rapport avec la distance réelle des étoiles à notre planète. C’est
un moyen commode pour s'orienter quand on observe la voûte céleste.
En faisant ainsi appel à beaucoup d’imagination les anciens ont désigné ces constellations sous des
noms de héros de la mythologie grecque (Cassiopée, Persée, Hercule...), des noms d'animaux (Lion,
Grande et Petite Ourses, Lynx...) ou simplement des noms d'objets variés (Balance, Triangle).
Actuellement, l'Union astronomique internationale (UAI) divise le ciel en 88 constellations
officielles munies de frontières précises afin que tout point du ciel appartienne à une constellation.
Les constellations du Zodiaque, (= bande de ciel contenant le tracé des orbites du Soleil et des
planètes) sont : le Bélier, le Taureau, les Gémeaux, le Cancer, le Lion, la Vierge, la Balance, le
Scorpion, le Sagittaire, le Capricorne, le Verseau et les Poissons auxquels on rajoute parfois le
Serpentaire. La trajectoire du Soleil sur la voûte céleste est l'écliptique.
II- Constitution de la Terre :
En raison de la force centrifuge due à la
rotation de la Terre, notre planète ne
correspond pas une sphère parfaite. Elle
est légèrement aplatie dans le sens NordSud : ainsi, son diamètre à l’Equateur
(12 756 km) est supérieur à son diamètre
polaire (12 713 km).
La Terre est entourée par une enveloppe
gazeuse de 1 100 km d'épaisseur :
l’atmosphère. L'atmosphère terrestre est
composée à 78% d'azote, 21% d'oxygène
ainsi que des traces de dioxyde du carbone
(= gaz carbonique), d'eau et d’argon.
70,8 % de la surface terrestre est
recouverte d'eau (océans, mers intérieures,
lacs, rivières…). Le terme d’hydrosphère
regroupe ces volumes mais inclut aussi les
Terre vue de l’espace.
eaux souterraines.
Les océans ont une profondeur moyenne de 3 800 mètres.
Les plus hauts reliefs terrestres dépassent 8 000 m, la surface des mers représentant le niveau zéro.
Au XIXème siècle, 2 théories s’opposaient quant à la structure de la Terre. Les « solidistes »
pensaient que l’intérieur de notre planète était solide et refroidi. Les « fluidistes » défendaient l’idée
d’un feu central » où s’alimentaient les volcans. En 1896, Emil Wetchert - constatant que la densité
moyenne de la Terre (5,5 g/cm3) est environ deux fois plus importante que celle des roches de
surface - émet l’hypothèse de l’existence d’un noyau central de fer (d = 8,2 g/cm3) qui aurait 4870
km de rayon.
Jean-Pierre Geslin, professeur.
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La structure globale de notre planète a été étudiée à partir de l’analyse des
renseignements fournis par les tremblements de terre ou séismes et par les explosions
nucléaires. L’ébranlement de la croûte terrestre en un point quelconque provoque en effet des
vibrations qui se transmettent à travers le globe.
Des instruments sensibles : les séismographes permettent d’enregistrer, à plusieurs milliers de km
du point d’origine, les caractéristiques de ces vibrations donnant ainsi de précieux renseignements
sur la constitution interne de notre planète.
On appelle foyer ou hypocentre le point où se produit l’ébranlement et épicentre le point
correspondant le plus proche situé à la surface terrestre, là où la secousse est maximale. Les foyers
les plus profonds connus se situent à 700 km sous la surface terrestre.
La Terre possède, nous l’avons écrit, une densité moyenne de 5,5.
Elle est constituée de couches concentriques de constitutions chimiques différentes : on
distingue de l’extérieur vers l’intérieur le sol, la croûte, le manteau supérieur, l’asthénosphère,
le manteau inférieur ou mésosphère qui lui-même recouvre le noyau central.
1) Le sol :
C’est une zone meuble de faible épaisseur constitué par de l’humus et des produits de destruction
des roches du sous-sol. C’est dans le sol que se développent les racines des plantes.
Le sol résulte :
? de la transformation au contact de l'atmosphère, de la « roche mère » sous-jacente. Cette
transformation s’effectue sous l’action de 3 grands types d’agents : destruction par des agents
physiques (… c’est l’érosion), par des agents chimiques (… c’est l’altération) et par des agents
biologiques. Selon la taille des grains on distingue les cailloux (+ de 2 mm), les sables (2 mm à
2/100 de mm), les limons (moins de 2 /100 de mm).
? et de l’apport de substances organiques en provenance de la couverture végétale et des animaux.
Le sol est un « milieu vivant » car il est colonisé par un très grand nombre d’êtres vivants : flore
(végétaux) et faune (animaux).
Jean-Pierre Geslin, professeur.
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? Flore : dans 1 gramme de sol, il y a 10 millions à 10 milliards de bactéries…Il faut ajouter les
algues du sol, les mycéliums (= filaments) de champignons, les racines, tubercules, bulbes et
rhizomes.
? Faune : on distingue la microfaune
Emil Wetchert se référait aussi au moment
(animaux unicellulaires = protozoaires, de très
d’inertie de la Terre pour proposer son modèle
petits vers appelés nématodes et pour les
avec noyau central. Le moment d’inertie d’une
biologistes : les rotifères et les tardigrades) et
sphère pleine homogène se calcule à l’aide de
la macrofaune constituée d’animaux plus gros
la formule I = 2/5 m r2 (ou m est la masse de la
(rongeurs, insectivores, arthropodes, vers et
sphère et r son rayon). Si la Terre était
mollusques).
homogène, son moment d’inertie serait de
La science qui étudie le sol est la pédologie.
0,4… il est de 0,33. Ceci implique qu’il existe
Celle qui étudie le sous-sol est la géologie.
une concentration centrale.
2) La croûte ou sous -sol :
Solide, elle s'étend jusqu'à 7 km de profondeur sous les océans et à 35 km au niveau des continents.
Le forage le plus profond correspond à 12 km.
La croûte représente 1 % du volume et 0,5 % de la masse du globe terrestre. Les continents sont
essentiellement formés de granite associé à des roches sédimentaires et métamorphiques (densité
moyenne de 2,7). La croûte continentale s’épaissit sous les chaînes de montagnes pour atteindre 70
km sous la Cordillère des Andes.
Sous les océans, il n’existe pas de granite mais du basalte (densité moyenne de 3,2).
3) Le manteau :
Il s'étend jusqu'à 2 935 km de profondeur. Sa densité augmente avec la profondeur passant de 3,2 à
6. On distingue :
• Le manteau supérieur qui s’étend de 7-35 km à 100 à 300
Pour les initiés à la géologie :
km est séparé de la croût e supérieure par une discontinuité
La péridotite est une roche
sismique, la discontinuité de Mohorovicic (Moho en abrégé)
grenue dépourvue de tous
découverte en 1909 par le croate Andrija Mohorovicic . On
minéraux blancs (pas de
connaît mal la nature des roches qui le constitue. On pense
quartz, pas de feldspaths et
actuellement qu’il est formé d’une roche hypothétique : la
pas de foïdes) mais
pyrolite formée de péridotite cristallisée mais néanmoins
comportant de l’olivine seule
plastique (Cf. le basalte à nodule de péridotite du Massif
ou associée ici à du pyroxène.
central présenté en cours).
• L’asthénosphère très plastique rend possible la dérive des plaques à sa surface. Elle s’étend
de 100-300 km à 600-1000km. Elle serait formée de pyrolite visqueuse à l’origine des magmas
(tholéitiques et alcalins). Elle est parcourue à faible vitesse par les ondes de séismes dites S
(secondaires) et P (= primaires car elles arrivent en premier).
• La mésosphère ou manteau profond qui va de 600-1000km à 2935 km est séparée de
l’asthénosphère par la discontinuité de Repetti. Sa nature est pratiquement inconnue. On sait
seulement qu’elle est elle-même hétérogène, la couche la plus externe étant, peut-être, de la
pyrolite solide. La limite entre la mésosphère et le noyau présente des creux et des bosses qui
seraient de l’ordre du km d’après les études sismiques.
4) Le noyau (16 % du volume terrestre) :
Le noyau, d’un diamètre de 3500 km (pour être plus précis 3480 km) soit 0,55 le diamètre
terrestre, est séparé du manteau profond par la discontinuité de Gutenberg découverte en 1921 par
l’allemand Beno Gutenberg.
Jean-Pierre Geslin, professeur.
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Il semble que le noyau soit principalement constituées
On se base pour supposer
de fer (80 %), avec un faible pourcentage de nickel de l’ordre
quelle est la composition du
de 7 % (d’où le nom de nifé qui lui est parfois donné) et d'autres
noyau sur des calculs de
éléments comme le silicium, le soufre et l’oxygène.
densité et sur l’analyse des
On considère que la température du noyau se situe entre
météorites dites métalliques
1500 et 6650 degrés. A noter que le fer ne serait pas responsable
que l’on suppose provenir
des propriétés magnétiques du globe terrestre car le fer perd ses
de noyaux de planètes
propriétés magnétiques avant d’atteindre 700°C.
ayant explosé dans la
Le noyau s’est probablement constitué progressivement après la
galaxie.
formation de la Terre et il n’est pas impossible qu’un peu de fer
continue à s’écouler du manteau vers le noyau.
Des études sismiques ont montré que le noyau se divise en deux parties séparées par la discontinuité
de Lehman (du nom de la séismologue danoise Inge Lehman).
* Le noyau externe qui serait fluide (il arrête les ondes S ou ondes de cisaillement, ondes vibrant
perpendiculairement à la direction de propagation), a 2 100 km d'épaisseur et une densité moyenne
égale à 10.
* Le noyau interne ou graine, qui serait solide, est une couche concentrique de 1 400 km d'épaisseur
dont la densité moyenne est de 13. Sa composition serait proche de celle du fer pur.
Flux interne de chaleur : la chaleur intense émise en permanence aurait pour source l'énergie
libérée par la désintégration radioactive de l' uranium et d'autres éléments radioactifs. Des courants
de convection au sein du manteau transfèrent la majeure partie de cette énergie calorifique vers la
surface et provoquent la dérive des continents.
III- Âge et origine de la Terre :
L’univers remonte à 15 milliards d’années. Le
système solaire (soleil et planètes) a le même âge que la
Terre. Par datation radiométrique, l'âge de la Terre a été
estimé à 4,5 milliards d'années (les météorites, qui ont
la même constitution géologique que le noyau terrestre,
datent également d'environ 4,5 milliards d'années).
Après sa condensation originelle à partir des
poussières et des gaz cosmiques et par attraction
gravitationnelle, la Terre devait être homogène et
relativement froide. La contraction continue de ces
poussières et de ces gaz, ainsi que les rayonnements
radioactifs émis par des éléments lourds radioactifs,
provoquèrent le réchauffement de la planète.
La Terre entra ensuite en fusion sous l'effet de la
gravité mais aussi des chocs de météorites qui l’ont
bombardé de 4,5 milliards à 3,5 milliards d’années.
Cette fusion a permis la formation de la croûte,
du manteau et du noyau car les silicates plus légers ont
pu remonter pour former le manteau et la croûte et les éléments plus lourds (le fer et le nickel),
atteignant la partie centrale de la Terre pour constituer le noyau.
Du fait des éruptions volcaniques, des gaz et des vapeurs légers s'échappèrent
continuellement du manteau et de la croûte. Certains d'entre eux, en particulier le gaz carbonique et
l'azote, furent retenus par la gravité terrestre et constituèrent l'atmosphère primitive. La vapeur d'eau
issue du volcanisme et celle apportée par les météorites (du groupe des chondrites carbonées) se sont
condensées pour créer les premiers océans terrestres.
Jean-Pierre Geslin, professeur.
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