Géologie et géophysique de la Terre
Cette leçon présente les notions essentielles qui permettent de comprendre la forme, la dynamique interne et les propriétés physiques de notre planète. Elle s’appuie sur des faits précis et vérifiables, sans recourir à des sources externes.
1. Forme de la Terre
La surface de la Terre est approximativement décrite par un ellipsoïde. Cette forme théorique est lisse et légèrement aplatie aux pôles, ce qui reflète la rotation du globe. En géodésie, on utilise cet ellipsoïde comme référence pour les calculs de position.
En réalité, la surface d’altitude zéro, appelée géoïde, diffère de l’ellipsoïde de quelques mètres seulement, et non de plusieurs kilomètres comme une idée fausse le suggérerait. Le géoïde intègre les variations locales de masse, alors que l’ellipsoïde ignore ces irrégularités.
2. Coordonnées géographiques
Les lignes d’égale latitude sont appelées parallèles. Elles forment des cercles parallèles à l’équateur. En longitude, chaque degré correspond à un décalage horaire de 15 degrés, puisque 360° couvrent les 24 heures d’une journée.
Avant 1735, la détermination de la longitude ne reposait pas sur une horloge précise. Les astronomes utilisaient des observations d’éclipses, de satellites naturels ou de corps célestes pour établir des références temporelles. Ce n’est qu’avec l’avènement de la chronométrie précise que la mesure directe du temps est devenue la méthode dominante.
3. L’obliquité de l’axe terrestre
L’inclinaison de l’axe de la Terre par rapport au plan de l’écliptique est d’environ 23,4°. Cette obliquité explique les variations saisonnières d’ensoleillement, car elle modifie la répartition de la lumière solaire au cours de l’année.
4. Gravité et accélération due à la pesanteur
À l’équateur, la valeur moyenne de l’accélération gravitationnelle g est d’environ 9,78 m/s². Cette valeur est légèrement inférieure à celle mesurée aux pôles pour deux raisons principales :
- La distance du centre de la Terre est plus grande à l’équateur, ce qui réduit l’attraction gravitationnelle.
- La force centrifuge due à la rotation terrestre s’oppose à la gravité, diminuant ainsi la valeur effective de g.
Contrairement à une idée reçue, la force centrifuge n’augmente pas g ; elle le réduit.
5. Anomalie de Bouguer
L’anomalie de Bouguer se calcule en soustrayant au g mesuré toutes les corrections liées à la latitude, à l’altitude, aux effets de plateau et aux variations topographiques. Une anomalie positive indique la présence de roches très denses, tandis qu’une anomalie négative signale des roches peu denses.
6. Ondes sismiques
Lors d’un séisme, les ondes P (primaires) arrivent en premier, car elles sont les plus rapides. Dans le granite, leur vitesse typique est d’environ 6000 m/s. Les ondes S (secondaires) se propagent plus lentement et ne traversent pas les milieux liquides ; elles sont donc bloquées par le noyau externe liquide de la Terre.
7. Structure du manteau et du Moho
Le Moho, frontière entre la croûte terrestre et le manteau, se situe à une profondeur moyenne d’environ 7 km sous les océans et 30 km sous les continents. Cette différence reflète la variation de l’épaisseur de la croûte selon le type de plaque tectonique.
8. Isostasie et principe d’isostasie
Le principe d’isostasie décrit une surface de compensation où la pression exercée par les roches est uniforme. Contrairement à une idée fausse, la Terre profonde ne se comporte pas comme un solide rigide ; elle se comporte davantage comme un fluide visqueux, permettant des ajustements lents tels que le rebond post‑glaciaire.
9. Viscosité des matériaux terrestres
La viscosité de l’eau à 20 °C est d’environ 10⁻³ Pa·s, très faible comparée à celle des roches. Dans le manteau, la viscosité varie fortement :
- Asthénosphère : ~10²⁰ Pa·s
- Lithosphère : ~10²³ Pa·s
Cette différence explique la capacité de l’asténosphère à s’écouler lentement, tandis que la lithosphère reste plus rigide.
10. Transfert de chaleur à l’intérieur de la Terre
Trois mécanismes assurent le transfert de chaleur :
- Rayonnement
- Conduction
- Convection
Le rayonnement, bien que présent, représente une part moindre du transfert interne comparé à la conduction et à la convection, qui dominent dans le manteau.
11. Solidus et points chauds
Le solidus d’une roche correspond à la température à laquelle commence la fusion partielle. Dans le manteau, les points chauds sont des zones où des roches chaudes remontent depuis la base du manteau, créant des volcans intraplatéaux comme ceux d’Hawaii.
En maîtrisant ces concepts, on acquiert une vision cohérente de la structure et du comportement dynamique de la Terre, depuis sa forme globale jusqu’aux processus microscopiques qui régissent son évolution interne.
