Structure thermique de la Terre

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Fiches
Classe(s) : 1re Générale | Thème(s) : La structure du globe terrestre
 

L’augmentation de la température en profondeur montre que la Terre libère de l’énergie, par conduction ou par convection.

I L’existence d’un gradient géothermique

Les sources chaudes ou l’élévation de la température dans les mines indiquent que la température croît en profondeur (gradient géothermique).

mots clés

Conduction : transfert thermique sans déplacement de matière.

Convection : transfert thermique par déplacement de matière.

Cette énergie vient de la désintégration des éléments radioactifs présents dans le globe terrestre, ou des collisions ayant formé notre planète.

Les transferts thermiques se font par conduction et (ou) par convection. La convection transfère rapidement une quantité importante d’énergie, mais elle ne peut se mettre en place que dans un milieu suffisamment ductile.

II L’étude thermique de la Terre

Les études sismiques permettent d’estimer la température pour certaines profondeurs et donc de supposer une évolution entre ces points. Ainsi, le manteau étant constitué de péridotite solide, sa température ne peut excéder 4 000 °C ; le noyau externe étant constitué de fer et de nickel liquide, sa température est supérieure à 1 800 °C. À 670 km de profondeur, le changement de structure de l’olivine de la péridotite se fait à 1 600 °C ; à 5 100 km de profondeur, la cristallisation du noyau se fait vers 4 725 °C. La frontière lithosphère/asthénosphère correspond à l’isotherme 1 300 °C.

 

Doc Modèle thermique de la Terre
05222_C04_F16_01

 

Cette analyse révèle que le gradient est plus faible dans le manteau et le noyau (0,3 à 0,55 °C par km) que dans la croûte (10 à 30 °C par km). Les transferts sont donc plus efficaces dans le noyau et le manteau que dans la croûte.

Le manteau est donc animé de mouvements de convection. Dans la litho­sphère, les transferts se font ­uniquement par conduction.

La tomographie sismique révèle des anomalies de vitesse par rapport au modèle PREM. Celles-ci sont interprétées comme des hétérogénéités thermiques au sein du manteau.

Méthode

Interpréter des données thermiques

Les transferts thermiques se font par conduction et/ou convection.

Calculer le gradient thermique dans la lithosphère et l’asthéno­sphère, et identifier le mode privilégié de transfert dans chacune.

 

Doc Reconstruction de l’évolution de la température de 0 à 670 km
05222_C04_F16_02

 

conseils

Étape 1 Évaluer la température aux différentes limites de couches.

Étape 2 Calculer le gradient thermique (s’exprime en °C par km).

Étape 3 Rappeler les différences entre convection et conduction.

Étape 4 Comparer les valeurs obtenues avec les modèles et conclure.

solution

Étape 1 À 670 km de profondeur, la transition de l’olivine (de la forme ringwoodite à pérovskite) se fait à 1 550 °C. En surface, la température vaut 0 °C et à la limite lithosphère/asthénosphère (vers 120 km), 1 300 °C.

Étape 2 Dans la lithosphère, la température augmente de 1 300 °C en 120 km, soit un gradient moyen d’environ 11 °C par km. Dans l’asthéno­sphère, la température augmente de 250 °C en 520 km, soit 0,5 °C par km.

Étape 3 La convection est plus efficace que la conduction, donc dans un milieu animé de convection, le gradient thermique est plus faible que dans un milieu ne transférant la chaleur que par conduction.

Étape 4 Le gradient est 20 fois plus faible dans l’asthénosphère, indiquant que les transferts s’y font par conduction et convection. Dans la lithosphère, seuls les transferts par conduction seraient possibles.