La surface terrestre présente deux types d'altitudes : les continents compris entre 0 à 1000 m et les océans compris entre -4000 à -5000 m. Cette différence reflète la dualité entre deux types de croûtes terrestres :
- La croûte océanique, formée de basalte et gabbro, est fine de 10 km en moyenne, est plus jeune que la croûte continental et ayant une densité de 3.
- La croûte continentale, composée de roches de granites, est plus épaisse de 30 km en moyenne, plus ancienne et ayant une densité de 2,7.
De plus, on sait qu'actuellement l'intérieur de la Terre va jusqu'a 6370 km de profondeur.
Les séismes résultent de la libération d'énergie lors de la rupture de roches sous contrainte. Ils émettent donc plusieurs types d'ondes : les ondes P, les ondes S et les ondes de surface
L'étude des ondes sismiques montre que les ondes se déplacent plus vite dans les milieux denses or quand le milieu et dis ductiles la vitesse de londe est moins rapide. Les sismologues étudient la vitesse des ondes sismiques pour déterminer la densité des roches à l'intérieur de la Terre. Les ondes se déplacent plus vite dans les matériaux froids ou cassants. Ces études aident à repérer les limites et les dicontinuités entre les différentes couches de la Terre et à comprendre leurs caractéristiques des enveloppes .
Les informations sur la trajectoire et la vitesse des ondes sismiques permettent de comprendre la structure interne de la Terre. Lorsqu'une onde atteint une discontinuité entre deux milieux, elle subit deux phénomènes :
- Réfraction : l'onde change de direction et de vitesse en passant d'un milieu à un autre.
- Réflexion : l'onde est renvoyée dans le milieu d'origine.
Mohorovicic a découvert le Moho, une discontinuité qui sépare la croûte du manteau, située à 7 km sous les océans et 30 km sous les continents.
Il existe aussi une zone d'ombre, où aucune onde sismique directe n'est détectée, ce qui a permis de repérer d'autres discontinuités, comme celles de Gutenberg (entre le manteau et le noyau externe liquide à 2900 km) et de Lehman (entre le noyau externe liquide et le noyau interne solide à 5150 km).
Le modèle PREM décrit les variations de la vitesse des ondes P et S et de la densité des roches selon la profondeur, avec des sauts de vitesse et de densité révélant ces discontinuités.
L'étude des vitesses des ondes sismiques montre une diminution de la vitesse à partir de 100 km de profondeur, sur environ 200 km. Cette zone est appelée LVZ (Low Velocity Zone) ou zone de faible vitesse, et elle sépare la lithosphère de l'asthénosphère.
- La lithosphère (rigide et cassante) comprend la croûte terrestre (océanique ou continentale) et la partie superficielle du manteau. Elle a une épaisseur d'environ 100 km sous les océans et 150 km sous les continents.
- L'asthénosphère (plus ductile) se trouve sous la LVZ et est composée de roches plus ductiles.
Le passage du comportement cassant à ductile des péridotites se produit à une température d'environ 1300°C (isotherme 1300°C).
Le manteau terrestre se divise ainsi en trois parties :
- Le manteau supérieur lithosphérique (solide).
- Le manteau supérieur asthénosphérique (ductile).
- Le manteau inférieur (plus solide).
En résumé, la Terre est composée de couches concentriques avec des densités croissantes.
Les mesures directes dans les mines montrent que la température augmente avec la profondeur, avec un gradient géothermique moyen de 30°C par km dans la croûte terrestre. Cependant, la température interne de la Terre ne suit pas une évolution linéaire : elle augmente brusquement aux niveaux des discontinuités. Le géotherme, courbe représentant les variations de température en fonction de la profondeur, révèle des changements importants du gradient géothermique à travers les différentes couches.
Cette variation s'explique par deux modes de transfert de l'énergie thermique :
- Conduction thermique : Dans la lithosphère et au niveau des discontinuités de Gutenberg et de Lehman, l'énergie thermique se déplace de proche en proche sans mouvement de matière, ce qui rend ce transfert inefficace. Le gradient géothermique est donc élevé dans la lithosphère.
- Convection thermique : Dans le manteau et le noyau externe liquide, l'énergie thermique est transférée plus efficacement par convection. Sous l'effet de la chaleur, les roches deviennent moins denses, remontent, se refroidissent, deviennent plus denses et redescendent, formant des cellules de convection qui assurent un transfert de chaleur efficace à grande échelle.
La tomographie sismique est une méthode moderne permettant d'analyser les propriétés physiques (densité, température, etc.) à l'intérieur de la Terre. Cette technique repose sur l'étude des anomalies de température, détectées à partir des variations de vitesse des ondes sismiques qui traversent le globe.
- Anomalies positives : Lorsque les ondes sont accélérées, cela indique une zone plus dense et donc plus froide (ex : sous la fosse des Tonga, sous le Japon).
- Anomalies négatives : Lorsque les ondes sont ralenties, cela signifie une zone moins dense et donc plus chaude (ex : sous la dorsale médio-Atlantique).
