Terre, planète océane : Ondes sismiques

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écrit le: 22 mars 2012 par admin

Les séismes, sur terre et sous la mer (tsunamis), peuvent conduire à des catastrophes naturelles terribles. Ils nous rappellent notre fragilité, et celle de la planète qui nous abrite. S’il s’en produit parfois de très violents, avec de graves conséquences, il en existe aussi de faible intensité, extrêmement fréquents. Les ondes sismiques, produites par tous ces tremblements de terre, sont utilisées par les scientifiques pour en déduire la structure et la composition interne de la Terre.

Plusieurs sortes d’ondes se propagent à la suite des séismes. Les plus importantes sont appelées « ondes P » et «ondes S». Les ondes P, baptisées ainsi car elles sont les premières, sont des ondes longitudinales, comme les ondes sonores : elles provoquent des oscillations dans le sens de leur propagation. Elles se propagent dans tous les milieux. Les secondes, ou ondes S, sont transversales : les oscillations sont perpendiculaires à leur trajectoire. Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides.

J’ai eu récemment l’occasion de voir trembler ma maison, située dans les Hautes-Pyrénées, en raison d’un séisme dont l’épicentre se situait quasiment à la verticale du lieu. J’ai commencé par entendre comme un violent coup de canon, puis tout s’est mis à trembler, les assiettes et les verres s’entrechoquaient dans l’armoire. Le coup de canon était la signature de l’onde P, suivie du tremblement horizontal dû à l’onde S.

Certaines des ondes produites par les séismes se propagent sous terre, d’autres en surface. Elles peuvent avoir des répercussions sur tout le globe, non pas de manière sensible pour les êtres qui y vivent, mais de manière détectable par les instruments appropriés. L’étude de ces ondes, de leur temps de propagation, de leurs variations, permet aux scientifiques de reconstituer les caractéristiques des différents types de matière qu’elles ont traversés et des zones de discontinuité qu’elles ont rencontrées sur leur passage.
Ainsi la Terre peut schématiquement être divisée en régions concentriques avec sous la croûte le « manteau », zone solide s’étendant jusqu’à une profondeur de 2 800 kilomètres environ, puis le noyau liquide (dans lequel les ondes S ne se propagent pas), entre 2800 kilomètres et 5100 kilomètres, et enfin le noyau solide, ou « graine », jusqu’au centre, à 6378 kilomètres. Alors que le manteau comprend un grand nombre de silicates, le noyau liquide et la graine sont essentiellement constitués de fer.
La Terre est chaude dans ses entrailles. Lorsqu’on s’enfonce depuis la surface, la température commence par augmenter de 30°C par kilomètre, puis plus lentement. Elle est d’environ 700°C à la base de la croûte terrestre et monte à plus de 2 ooo°C à la base du manteau. Le noyau liquide a une température de l’ordre de 3 500°C et la graine solide de l’ordre de 4 ooo°C. En même temps, la densité et la pression augmentent et sont environ cinq fois plus élevées dans les régions centrales que dans les régions superficielles, ce qui explique que le noyau central soit solide malgré la température élevée.
D’où vient la chaleur qui règne dans les profondeurs de la Terre ? Les études montrent quelle est la conséquence de deux phénomènes très différents. Le premier date de l’origine et résulte directement du processus de formation des planètes, que je décrirai en détail au chapitre 3. La Terre s’est formée à partir de poussières, cailloux, rochers, qui se sont petit à petit agglutinés pour former une boule de plus en plus grosse, tout comme un enfant construit une boule de neige. Les chocs entre les particules initiales produisent de la chaleur : cela fait fondre un peu la neige et l’aide à tenir ensuite comme un bloc. De la même manière, lorsque des rochers friables se cognent et restent collés, l’ensemble s’échauffe. C’est ainsi que, tout naturellement, la Terre s’est formée en accumulant de la chaleur. Ces événements se sont produits dans le disque initial qui entourait le très jeune Soleil, encore en formation.
À cela s’ajoute l’énergie de radioactivité naturelle de notre planète. Les roches terrestres contiennent trois éléments radioactifs de longue période, qui se désintègrent lentement. Comme tous les autres éléments qui constituent la matière terrestre, ils étaient déjà présents dans le grand nuage primordial, la nébuleuse au sein de laquelle est né le système solaire. Ils s’y trouvaient comme résidus de l’explosion d’étoiles plus anciennes. Ce sont l’uranium 235 et 238, le thorium 232 et le potassium 40. Leur désintégration radioactive fournit actuellement environ la moitié de la chaleur interne dégagée par la Terre.
Cette chaleur interne, bien que cinq mille fois plus faible que celle reçue du Soleil, a des conséquences énormes pour notre planète. En s’acheminant vers les régions externes, elle produit un phénomène de convection extrêmement lente dans le manteau terrestre, à l’origine de la dérive des continents. Par les hasards du transfert thermique, il lui arrive de s’accumuler à certains endroits sous la croûte continentale et d’y provoquer des fractures. L’eau s’y engouffre alors, ce qui conduit à la création de nouveaux océans.