Cours 3

II.7.
Structure du globe grâce à la sismologie

• L’étude de la propagation des ondes P et S et les
enregistrements réalisés au niveau de nombreuses stations
conduisent au développement d’une nouvelle science : la
sismologie, qui va permettre une meilleure connaissance de
la structure du globe mais un rejet de la théorie de Wegener.
La structure interne de la Terre, ainsi que l'état et la densité de la matière, ont
été déduits de l'analyse du comportement des ondes sismiques. Les ondes P
se propagent dans les solides, les liquides et les gaz, alors que les ondes S ne
se propagent que dans les solides. On sait aussi que la vitesse de propagation
des ondes sismiques est proportionnelle à la densité du matériel dans lequel
elles se propagent.
LES APPORTS DE LA SISMOLOGIE DANS LA
CONNAISSANCE DE LA TERRE
• Grâce à l’étude de la propagation des ondes sismiques de volume (P
et S) il est établi dès 1909, que l’enveloppe la plus superficielle du
globe, qualifiée de croûte, repose sur le manteau entièrement solide.
Cette connaissance fut un argument majeur contre la théorie de la
dérive des continents formulée par Wegener.
• A l’époque où Wegener propose son modèle de la dérive des
continents (1912), les connaissances relatives à la Terre interne
demeurent limitées. Cependant, entre 1909 et 1936, l’étude des
ondes sismiques libérés lors des séismes, permet de construire
progressivement un modèle de structure interne de la Terre en
enveloppes concentriques, qui servira longtemps de référence.
1-UN PREMIER MODELE A TROIS COUCHES
Grâce aux principes de la sismologie un premier

modèle de la structure interne de la Terre est
construit, il sera ensuite progressivement précisé et
affiné.
1-Les principes de la sismologie
Un séisme correspond à une rupture des roches en
profondeur, qui libère brutalement de l’énergie sous
forme d’ondes sismiques. Des stations sismiques
réparties à la surface du globe, enregistrent les
mouvements du sol, dus à ces ondes: ondes de volume
P et S seules à se propager à l’intérieur du globe et
ondes de surface L.
•La vitesse des ondes de volume dépend de la nature et des
propriétés physiques du milieu traversé et si les ondes P se
propagent dans tous les milieux, les ondes S ne se propagent
pas dans les liquides ni dans les gaz.
Ainsi, lors de séismes, l’étude du temps d’arrivée des ondes
sismiques sur les sismographes, renseigne sur la structure du
globe : le milieu est homogène si la vitesse des ondes
sismiques est constante, une variation de la vitesse révèle un
changement des conditions du milieu. En particulier, une
brusque variation de vitesse traduit un changement
important des caractéristiques du milieu traversé ou
discontinuité. Dans ce cas, les ondes sont réfléchies et
réfractées comme le seraient les ondes lumineuses dans
les mêmes circonstances. L’ensemble des données a permis
de délimiter un certains nombre d’enveloppes internes :
• 2- Un modèle simple à trois couches
• a- Les croûtes
Une première discontinuité est révélée par l’arrivée dans
les stations proches d’un séisme, d’ondes P retardées
par rapport aux ondes P directes. Ces ondes P
retardées s’avèrent être réfléchies sur le Moho et ont
donc parcouru
–à la même vitesse que les ondes directes
- une plus grande distance avant d’arriver à la station,
d’où leur retard
• b- Le manteau
• Sous la croûte, la vitesse des ondes de volume augmente globalement avec la
profondeur. Vers 2900Km cette vitesse diminue brutalement, mettent en
évidence une nouvelle discontinuité appelée discontinuité de Gutenberg; elle
correspond à la limite manteau-noyau externe.
•La présence du noyau est révélée en surface par une
zone d’ombre sismique, située entre 11 500 à14 500 Km du
foyer du séisme, et dans laquelle les stations sismiques
ne reçoivent aucune onde P ou S. Cette zone d’ombre résulte
de la déviation des ondes sur l’interface entre deux
milieux différents : le manteau solide et le noyau externe
liquide que les ondes S ne peuvent pas traverser.
c- Le noyau
L’accélération des ondes sismiques P vers 5 100 Km et la
réapparition des ondes S correspond à la discontinuité de
Lehmann qui traduit un nouveau changement d’état du milieu
: le noyau interne ou graine, est totalement solide.
II- DEUX NOUVEAUX CONCEPTS : LITHOSPHERE
ASTHENOSPHERE
• En 1950 les navires de recherche océanographique (Vema)
étudient la propagation des ondes sismiques dans la croûte
• océanique. Ils confirment l’existence du Moho sous les
océans et mettent en évidence des différences d’épaisseur
des croûtes (bilan11) sous les océans et les continents.
• Des variations de vitesse sont également mises en vidence,
elles délimitent des enveloppes que l’on nommera plus tard
• (années 70) lithosphère (du grec «litho » = pierre), LVZ (low
velocity zone) et asthénosphère (du grec «asthéno » = sans
forces), c’est le modèle PREM .
En effet, les géophysiciens distinguent en surface de la Terre,
une enveloppe rigide appelée lithosphère. Épaisse en
moyenne de 100 à 150 km (0km sous les dorsales, environ
100 km sous les océans et 150 km sous les continents) elle
comprend la croûte ainsi qu’une partie du manteau
supérieur; appelée le manteau lithosphérique. La limite
inférieure de la lithosphère
coïncide avec l’isotherme 1300°C.
La modélisation des ondes sismiques en profondeur,
indique aussi qu’il existe sous la lithosphère une zone où
ces ondes sont ralenties ou irrégulières : l’asthénosphère.
L’asthénosphère débute donc au niveau l’isotherme 1300°C,
par une zone à faible vitesse sismique de quelques
kilomètres, la discontinuité de la LVZ.
L’asthénosphère, s’étend jusqu’au manteau inférieur vers 700
km. A ce niveau les ondes sismiques subissent une nette
accélération, en raison d’un changement dans la rigidité de la
roche.

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