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 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 Densité en g/cm3 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 Hypothèse : La densité diminue avec la profondeur Indiquer maintenant quel est le modèle valide.

Epicentre

Epicentre 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 la vitesse des ondes P dans cette région 6,25 km.s-1. 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

Mesure de la distance épicentrale et zone d’ombre.

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 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