Chapitre 6 – La structure du globe terrestre 1) Les apports de l’étude des roches en surface 2) Les apports des séismes à la connaissance du globe terrestre 3) Etude thermique du globe terrestre

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Le noyau terrestre est en grande partie liquide mais sa partie profonde, la graine, est solide. Le noyau étant constitué majoritairement de fer, il suffit de déterminer la température de fusion du fer dans les conditions de pression régnant dans le noyau pour connaître la température de la graine. Cela est possible en laboratoire grâce à l’utilisation d’enclumes à diamants. De très petits morceaux de fer sont placés entre les pointes de deux diamants qui sont pressés l’un contre l’autre pour produire des pressions de 330 GPa (conditions estimées dans la graine). Ensuite, un faisceau laser infrarouge peut chauffer l’échantillon et le faire fondre. L’analyse permet de déduire que l’échantillon fond à 5 000°C.

Le géotherme terrestre

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- dense + dense

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0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Expérience 1 Sonde 1 (au fond) Sonde 2 (en surface) Temps (secondes) Température (°C) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 10 20 30 40 50 60 Expérience 2 Sonde 1 (au fond) Sonde 2 (en surface) Temps (secondes) Température (°C) CONVECTION CONDUCTION Modélisation expérimentale :

Résultats obtenus chauffage par le haut Gradient géothermique fort

►Dans cette modélisation, le gradient de température (flèche noire sur le graphique) en fin d’expérience est de 60 °C pour 10 cm soit 6 °C x cm -1. ►Il y a une très mauvaise diffusion de la chaleur entre la source et le fond car les zones denses sont en bas et les zones peu denses en haut. Il ne peut y avoir de mouvement contraire à la poussée d’Archimède. Il s’agit de conduction. Analyse des résultats

Résultats obtenus Chauffage par le bas Gradient géoth faible

►Dans cette modélisation, les températures augmentent globalement à la même vitesse à partir de 150 secondes. Le gradient de température (flèche noire) est très faible en fin d’expérience, de l’ordre 6 °C pour 10 cm donc de 0,6 °C x cm -1. ►La chaleur diffuse bien entre le bas et le haut, il y existe donc un bon transfert de chaleur. Ce transfert de chaleur est permis par la mise en mouvement du fluide : il s’agit de convection. Analyse des résultats

On en déduit que le transfert de l’énergie thermique par convection est plus efficace que par conduction. Plus le transfert thermique est efficace, plus le gradient thermique est faible. Donc : Gradient thermique fort = conduction Gradient thermique faible = convection Conclusion

Le géotherme terrestre CONVECTION À l’état solide CONVECTION À l’état liquide CONDUCTION CONDUCTION

Structure du Globe Terrestre Classification selon le Classification selon la β Discontinuité de Mohorovicic = MOHO β β β β β β β + + + + + + + + + + + + d = 2,4 à 2,8 + + + + + + + + + + + + + + + + CO : Basalte (β) / Gabbro CC : Granite (+) d = 2,7 à 3,1 5 à 10 km 30 km 70 km Attention, l’échelle verticale n’est pas régulière ! 6370 km Discontinuité de Gutemberg 2900 km Manteau Noyau nature des roches Discontinuité de Lehmann 5155 km Externe Interne = Graine Supérieur Inférieur 700 km Péridotite Péridotite Fer + Nickel Fer + Nickel Noyau Externe (Liquide) Noyau Interne (Solide) Liquide Solide comportement des roches Mésosphère (Solide Ductile) Asthénosphère (Solide très Ductile) Lithosphère (Solide Rigide) 70 km 150 km CONDUCTION CONVECTION

Carte des flux géothermiques océaniques

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La tomographie sismique - dense + chaud + dense + froid

On constate donc finalement que l’intérieur du manteau terrestre n’est pas du tout homogène en termes de température.

Subduction au Japon

Collision dans l’Himalaya

Point chaud en Polynésie

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