La Terre est composée de plusieurs couches internes. L'étude de la répartition des séismes et des volcans a permis de mettre en évidence l'organisation de la surface terrestre en plaques lithosphériques.
Les mouvements convergents ou divergents de ces plaques provoquent des séismes et/ou des éruptions volcaniques : les séismes sont provoqués par une rupture des roches en profondeur qui produit des ondes ; les éruptions volcaniques ont pour origine une remontée de magma.
Les enveloppes internes de la Terre
La structure de la Terre
La structure interne de la Terre est composée de différentes couches :
- À la surface de la Terre, la croûte. Il en existe deux types : la croûte continentale très hétérogène, et la croûte océanique plutôt homogène.
- Sous la croûte se trouve le manteau. Il mesure près de 2800 km d'épaisseur au total.
- Plus profond que le manteau se trouve le noyau, essentiellement constitué de fer.
Schéma simplifié de la structure interne de la Terre
On distingue par ailleurs deux zones en surface :
- La lithosphère, qui correspond à la couche rigide située à la surface de la Terre, contenant la croûte et une partie du manteau supérieur. Son épaisseur varie mais est généralement comprise entre 100 et 150 kilomètres.
- L'asthénosphère qui est située sous la lithosphère et contient une partie du manteau supérieur. Elle est moins rigide et va jusqu'à environ 700 kilomètres de profondeur.
L'enveloppe de la Terre découpée en plaques
L'étude de la répartition des séismes et des volcans a permis de mettre en évidence l'organisation de la surface terrestre en plaques lithosphériques.
Plaque lithosphérique
Une plaque lithosphérique est une zone de la surface terrestre, délimitée par des zones de forte activité sismique et volcanique et constituée de lithosphère.
Les plaques lithosphériques
Les plaques lithosphériques sont mobiles : elles se déplacent avec une vitesse variable. L'étude des mesures GPS (Global Positionning System) effectuées entre les plaques permettent de mettre en évidence deux types de mouvement :
- Des zones de convergence (rapprochement de deux plaques)
- Des zones de divergence (écartement de deux plaques)
Les séismes
La localisation des séismes
Séisme
Un séisme est un tremblement de terre. Il se caractérise par des secousses brèves et brutales qui peuvent provoquer des dégâts importants et modifier le paysage.
Un séisme au Japon, le 11 mars 2011, a fait environ 16 000 morts et 5000 disparus.
Un séisme en Haïti le 12 octobre 2010 a fait environ 230 000 morts.
Le séisme d'Indonésie du 26 décembre 2004 a également fait environ 230 000 morts.
Répartition des séismes à la surface de la Terre
La localisation des séismes n'est pas aléatoire à la surface de la Terre :
- Le pourtour de l'océan Pacifique (contour de la plaque Pacifique) et la ceinture des Antilles (contour de la plaque Caraïbe) génèrent 80% de la sismicité mondiale.
- Les autres séismes sont répartis le long de chaînes de montagnes sous-marines (appelées dorsales océaniques) et au niveau de chaînes de montagnes (comme les Alpes, l'Himalaya, etc.).
Étudier et mesurer les séismes
Mesurer les effets d'un séisme
Pour évaluer les effets d'un séisme, il est possible de réaliser des cartes d'intensités sismiques. Plus les villes sont situées près de l'épicentre, plus les effets ressentis sont importants.
Épicentre
L'épicentre est le lieu en surface où le séisme est le plus fortement et le plus tôt ressenti.
En Haïti, l'épicentre était situé à 25 km de Port-au-Prince, la capitale.
Les intensités sismiques correspondent aux effets ressentis ou observés par l'Homme.
Mesurer l'énergie libérée par un séisme
L'énergie libérée correspond à la magnitude du séisme. L'échelle de Richter permet de mesurer cette magnitude.
- La magnitude du séisme en Haïti est de 7,3.
- La magnitude du séisme en Indonésie est de 9,4.
- La magnitude du séisme du Japon est de 9,0.
Étudier les ondes sismiques d'un séisme
Un séisme se manifeste par des secousses ou des vibrations du sol, brèves et brutales. Pour étudier un séisme, les scientifiques enregistrent ces vibrations du sol, appelées ondes sismiques.
Il est possible d'enregistrer les ondes sismiques à l'aide d'un sismographe. Les graphes obtenus s'appellent des sismogrammes.
Pour enregistrer toutes les ondes sismiques en un point, trois sismographes sont nécessaires :
- L'un permet d'enregistrer les ondes orientées d'est en ouest.
- Le deuxième, placé perpendiculairement, permet d'enregistrer les ondes orientées du nord au sud.
- Le troisième enregistre les vibrations verticales.
Trois sismogrammes du même séisme enregistrés au même endroit
L'origine des ondes sismiques
- Sous l'effet des contraintes permanentes liées au mouvement des plaques lithosphériques, les blocs rocheux accumulent de l'énergie.
- Ils se déforment et finissent par casser au niveau d'une zone plus fragile appelée faille.
- L'énergie accumulée est ainsi libérée sous forme d'ondes sismiques, vibrations provenant du point de rupture (foyer) qui se propagent dans toutes les directions.
- Arrivées à la surface (épicentre), ces ondes provoquent un séisme en déformant le paysage.
La naissance des ondes sismiques
Les volcans
Volcan
Un volcan est un édifice formé par l'accumulation de matériaux volcaniques.
Localisation des volcans
Les volcans sont répartis le long des dorsales océaniques, des fosses océaniques et des chaînes de montagnes, de la même manière que les foyers sismiques.
Dorsale océanique
Une dorsale océanique est une longue chaîne de montagnes sous-marine.
Il s'agit d'une immense chaîne volcanique d'environ 1000 km de largeur, dont la crête est à une profondeur moyenne de 2500 m sous la surface des eaux, qui serpente dans les océans sur une longueur d'environ 65 000 km.
Fosse océanique
Une fosse océanique est un relief océanique très profond.
La fosse des Mariannes située dans l'océan Pacifique a une profondeur de 10 994 mètres.
Répartition des volcans à la surface de la Terre
Les éruptions volcaniques
Éruption volcanique
Une éruption volcanique est un phénomène géologique lors duquel on peut observer des émissions de matière au niveau d'un volcan.
Lave
La lave est de la roche fondue et dégazée qui est émise à la surface d'un volcan. Elle peut former des coulées si elle est fluide.
Il existe deux types d'éruptions volcaniques :
- Les éruptions effusives, qui produisent essentiellement des coulées de lave fluide. Le volcanisme effusif est localisé au niveau des zones de divergence comme les dorsales océaniques.
- Les éruptions explosives, caractérisées par de fortes explosions, des nuées ardentes et la production d'une lave très visqueuse. Le volcanisme explosif se localise essentiellement au niveau des zones de convergence lithosphérique près des fosses océaniques.
Une éruption explosive
Une éruption effusive
La formation des édifices volcaniques
Édifice volcanique
L'édifice volcanique est la partie visible du volcan.
Lors des éruptions effusives, les produits émis par le volcan peuvent être :
- Des coulées de lave, qui sont à l'origine de formation de basalte
- Des émissions de gaz
- Des projections de petits fragments de lave solidifiée et remplis de bulles : les scories
- Des projections de blocs de lave : les bombes
Tous ces produits se superposent pour construire le volcan : l'accumulation des matériaux émis lors des éruptions effusives forment des cônes. Ils sont caractérisés par la présence de cratères.
Le piton de la Fournaise à La Réunion est un cône.
Lors des éruptions explosives, les produits émis par le volcan peuvent être :
- De la lave visqueuse, qui forme des andésites
- Des nuées ardentes : elles sont composées de lave, de blocs et de gaz brûlants qui dévalent les pentes du volcan
- La projection de blocs de différentes tailles et de cendres
- L'émission de gaz
- Des explosions violentes pouvant détruire l'édifice volcanique
Tous ces produits se superposent pour construire le volcan : l'accumulation lente d'une lave visqueuse forme un dôme. Son sommet est arrondi. Si une explosion a eu lieu, on peut observer un cratère d'explosion.
L'origine des éruptions
Magma
Le magma est un mélange de roches en fusion et de gaz. Il est situé en profondeur. Une fois en surface et dégazé, il donne de la lave.
La chronologie des événements à l'origine des éruptions volcaniques est la suivante :
- Fusion partielle (passage de l'état solide à l'état liquide) des roches en profondeur
- Stockage du magma dans des réservoirs magmatiques. Ce sont des poches de magma situées à plusieurs kilomètres de profondeur sous un volcan.
- Remontée en surface du magma, sous l'effet de la pression des gaz qu'il contient
- Lorsque le magma est fluide, les gaz peuvent remonter facilement en emportant la matière en surface. On peut observer des coulées de lave.
- Lorsque le magma est plus visqueux, les gaz remontent difficilement, s'accumulent et provoquent la formation de dômes. Sous l'effet des pressions croissantes, les dômes peuvent exploser.