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Mouvement de convection

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Objectif : L'intérieur de la Terre est le siège d'une importante production de chaleur dont une partie est diffusée par conduction. Ce mécanisme, à l'origine d'un flux de chaleur permanent, est cependant trop lent pour permettre une évacuation suffisante. Comment l'énergie interne est-elle évacuée de façon efficace ?

1. Un déplacement de matière par convection

Dans un milieu déformable, lorsqu'un matériel chaud et peu dense est surmonté par un matériel froid et plus dense, on observe des mouvements de convection. Cette convection manifeste des mouvements de matière à l'origine d'un transfert de chaleur. Le matériel chaud et peu dense s'élève et se refroidit tandis que le matériel froid s'enfonce et s'échauffe. Une circulation de matière s'organise en cellules de convection.

a. Convection au cœur du manteau

Une étude par tomographie sismique (procédé d'exploration radiologique permettant d'obtenir une radiographie d'une couche d'organe à une profondeur voulue) confirme l'existence de tels mécanismes à l'intérieur du manteau.
L'analyse des vitesses de propagation des ondes sismiques révèle des écarts par rapport à une vitesse de référence. Ces écarts sont interprétés comme des variations de température : une vitesse plus lente correspond à un manteau plus chaud, une vitesse plus rapide à un manteau plus froid.
Ainsi, à l'aplomb des dorsales, existent des remontées de matière chaude, tandis qu'au niveau des zones de subduction se produisent des descentes de matière froide. Ces deux mouvements inverses constituent des cellules de convection, animant le manteau « superficiel ».

b. La dynamique des cellules de convection

Des incertitudes demeurent en ce qui concerne la dynamique de ces cellules à l'intérieur du manteau.

La disparition de foyers sismiques à 700 km de profondeur suggère une convection à deux étages. Cependant la présence de matériel froid, au delà de la limite manteau inférieur-manteau supérieur, est un argument en faveur d'une convection à un étage.

Les données récentes de la tomographie sismique profonde préconisent une convection à deux étages, l'une situé dans l'asthénosphère, l'autre dans le manteau inférieur, avec, de manière intermittente, le franchissement de cette frontière.

2. La convection, moteur de la tectonique des plaques

Le déplacement des plaques lithosphériques en surface est une manifestation des déplacements de matière dans le manteau. Les mesures des déplacements absolus des plaques montrent que les vitesses maximales sont atteintes par les plaques ayant une zone de subduction. La traction exercée par ce matériel froid, plus dense, serait la force motrice principale des cellules de convection.

L'essentiel

Le déplacement en surface des plaques lithosphériques trouve son origine dans l'existence de cellules de convection dans le manteau. Ce transfert de chaleur par la circulation de la matière solide permet une évacuation plus importante de la chaleur produite en profondeur.

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