Objectif
La vitesse des ondes sismiques de volume (ondes P et S) varie de
façon brusque.
Quelles informations nous apportent ces variations de vitesse des
ondes sismiques ?
Comment expliquer de tels contrastes entre les différentes
couches du globe terrestre ?
1. Les différentes discontinuités
a. Le Moho ou discontinuité de Mohorovicic
Il s'agit d'une zone qui marque la
limite entre la
croûte terrestre et la limite supérieure de
manteau. Elle a été découverte, en 1909,
par le géophysicien yougoslave du même nom grâce
à l'enregistrement sur un même sismographe de deux
trains d'ondes P et S : un premier train d'ondes rapides
s'était propagé dans une première couche, puis une
seconde couche, et un second train correspondant à une onde
ne s'était propagé que dans la première
couche.
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Doc. Le Moho.
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Cette discontinuité est située à une profondeur
de 10 km sous les océans, de 35 km en moyenne sous
les continents et de 70 km sous les chaînes de
montagnes. Elle ne correspond qu'à une variation
de composition chimique des matériaux, puisque la
matière rencontrée à cet endroit est de la
matière solide (la densité ne varie pratiquement pas
: d = 3 dans la croûte continentale et
d = 3,3 au niveau de la lithosphère).
b. La discontinuité de Gutenberg
Il s'agit d'une zone située à 2 900 km de
profondeur, entre le manteau inférieur et le
noyau. La vitesse de propagation des ondes P et S
augmente tout au long de la traversée du manteau, puis la
vitesse des ondes P chute brusquement, tandis que les ondes S
stoppent. Cet arrêt de propagation des ondes S permet
d'indiquer que le noyau externe est de type liquide (les ondes S
ne se propageant que dans les solides) : elle traduit donc le
passage d'un état solide (le manteau) à un
état liquide. Il y a changement de densité
(d = 5,5 dans le manteau et
d = 9,5 dans le noyau) et de composition
chimique (couche solide : roches silicatées dans le
manteau telles olivine et pyroxènes - couche liquide :
fer majoritairement dans le noyau externe).
• Structure interne de la Terre
Survoler la coupe de la Terre pour faire apparaître les
caractéristiques de chaque couche et localiser les
discontinuité de Moho et de Gutenberg. Cliquer sur les
loupes pour zoomer ou revenir en arrière.
c. La discontinuité de Lehman
Cette troisième discontinuité a été mise en
évidence dans les couches profondes de la Terre,
entre le noyau externe liquide et le noyau interne
solide (la « graine ») : elle
se situe à une profondeur de 5 000 km environ et
marque le passage d'un état liquide à un
état solide ; la composition chimique ne varie pratiquement
pas, de même que la densité
(d = 11,5 dans les zones profondes du noyau
externe et d = 12 dans le noyau interne).
2. La zone LVZ : Low Velocity Zone
Elle se situe dans le manteau supérieur,
à une profondeur comprise entre 70 et 150 km de
profondeur : elle marque la limite inférieure
de la lithosphère solide. Dans cette zone, le
manteau a des propriétés de matériaux
déformables et davantage plastiques, tandis qu'au-delà
de cette barrière, il se comporte de nouveau comme un solide
vis-à-vis des ondes sismiques qui se propagent. Dans la LVZ,
la vitesse de propagation des ondes P et S freine brusquement,
mais ne semble pas réfléchie ou réfractée.
C'est ce comportement de ces ondes sismiques qui a permis de
« diviser » le manteau en 2 zones
distinctes : le manteau supérieur et le manteau
inférieur.
L'essentiel
C'est donc l'étude des vitesses de propagation des
ondes sismiques de type P et S qui a permis de déterminer
la structure interne de la Terre. Une augmentation ou une
diminution de la vitesse de propagation des ondes correspond
ainsi soit à un changement de composition chimique du
milieu, soit un changement d'état physique, soit les
deux.