Le modèle sismique de la structure du globe terrestre

Des enveloppes concentriques 

de compositions et de comportements mécaniques différents

Le modèle de la structure du globe établi  par la sismologie

L'étude de la propagation des ondes sismiques à l'intérieur du globe montre qu'il n'est pas structuré de façon homogène, mais constitué de plusieurs enveloppes con­centriques séparées par des discontinuités ; de l'extérieur vers l'intérieur, on recense ainsi dans le cadre du modèle PREM à symétrie sphérique :

• La croûte ou écorce terrestre, limitée à sa base par la discontinuité de Mohorovicic située vers 6 à 35 km de profondeur en moyenne suivant la nature de la croûte.

•  Le manteau terrestre, entre 6 ou 35 km en moyenne pour sa limite supérieure et 2 900 km de profondeur, est limité à sa base par la discontinuité de Gutenberg.

• Le noyau externe, entre 2 900 et 5 100 km de profondeur, limité à sa base par la discontinuité de Lehman. Cette enveloppe est la seule à présenter un comporte­ment fluide puisque les ondes sismiques de cisaillement S ne la traversent pas.

•  Le noyau interne ou « graine » , solide ,  qui constitue le centre de la Terre. 

La sismologie a aussi permis de caractériser une autre discontinuité majeure : la zone à faible vitesse sismique (LVZ , Low vélocity zone),  limite entre 2 enveloppes :

• la lithosphère globalement rigide , découpée en plaques dites lithosphériques ,

• l'asthénosphère ,beaucoup plus ductile, entre 100 et 200 km de profondeur.

La composition des différentes enveloppes du globe.

• La croûte continentale est constituée essentiellement de granites et de roches métamorphiques silicatées lui conférant une chimie alumino-silicatée à tendance alcaline prononcée.

• La croûte océanique est constituée de basaltes et de gabbros qui lui donnent une chimie silicatée fortement ferro-magnésienne.

• Le manteau : alors que les matériaux de l'écorce terrestre sont accessibles à l'observation, ceux du manteau sont plus délicats à observer. Cependant quelques contextes structu­raux ou la remontée des laves peuvent nous aider dans cette démarche : la roche du manteau est la péridotite, constituée d'olivine, de pyroxènes (minéraux silicatés ferro-magnésiens) et de quelques minéraux alumineux (feldspaths ou grenat suivant les cas). Tout ceci fait du manteau une enveloppe un peu moins silicatée et beaucoup plus ferro-magnésienne que les croûtes.
• Alors que la pétrographie du manteau semble globalement péridotitique, il existe des données sismologiques et des travaux de laboratoire qui permettent de préciser un modèle minéralogique pour cette enveloppe : des transitions de modification minéra­logique paraissent affecter les péridotites du manteau à différentes profondeurs (450, 670 km) et ainsi rendre compte de certaines anomalies présentes dans le profil de vitesse du modèle PREM *.

• Le noyau : les matériaux du noyau demeu­rent inaccessibles. La prise en compte de certains paramètres physico-chimiques et l'étude des météorites(chondrites, achondrites et météorites ferreuses) ont cependant permis de proposer un modèle chimique pour cette enveloppe qui serait riche en fer et en nickel.

* PREM : Preliminary Reference Earth Model