La structure du globe terrestre : cours de 4e

Quand tu marches, tu poses le pied à la surface d'un globe immense. Sous le sol, il y a des roches, puis d'autres roches, toujours plus chaudes, jusqu'au centre de la planète. Mais à quoi ressemble cet intérieur ? Personne n'y est jamais allé.

En 1864, l'écrivain Jules Verne publie Voyage au centre de la Terre. À cette époque, la dynamique de la Terre est encore mal comprise ³. Il faudra ensuite environ un siècle et demi de travaux scientifiques pour découvrir la structure interne du globe ³.

Dans ce cours, tu vas voir comment la Terre est découpée en couches, quelles sont leurs propriétés, et surtout comment on le sait, alors qu'on ne peut pas l'observer directement.

Au XIXe siècle, les scientifiques se heurtent à un problème technique : explorer l'intérieur du globe est quasiment impossible ³. Les mines donnent une première piste. Les mineurs constatent que la température monte quand on descend, et cela influence très tôt les idées sur un cœur de la Terre en fusion ⁵.

Mais les mines les plus profondes ne font que gratter la surface. La mine Tau Tona, en Afrique du Sud, atteint environ 3 500 m en 2002, ce qui n'effleure que l'écorce terrestre ⁵. Les forages scientifiques ne font pas mieux : ils ne dépassent pas la croûte ⁵. À l'échelle de la planète, cette croûte est comparable à la peau d'une orange ⁵.

Puisqu'on ne peut pas y aller, on utilise des ondes sismiques, c'est-à-dire des vibrations qui se propagent dans la Terre, par exemple après un séisme. La sismologie, plutôt qu'une expédition humaine, a fini par mettre en évidence le noyau au centre de la Terre ³. Elle permet d'imager la structure interne de plus en plus finement ³.

Il existe deux familles d'ondes à distinguer :

• les ondes de volume, qui traversent la matière du globe dans toutes les directions ⁵ ;
• les ondes de surface, qui causent les dégâts aux constructions, mais ne se propagent que dans la croûte ⁵.

Seules les ondes de volume nous renseignent sur les couches profondes, car les ondes de surface ne donnent aucune information sur elles ⁵.

Sous la croûte se trouve le manteau. On le croyait liquide, mais la sismologie a montré qu'il est solide ³.

Attention pourtant : solide ne veut pas dire rigide comme un caillou. Le manteau est moins rigide que la croûte, sans être liquide, car ses roches gardent leur structure cristalline ⁵. En profondeur, l'augmentation de la pression joue un rôle plus grand que celle de la température, ce qui maintient l'état solide ⁵.

Sa viscosité est comparable à celle de la glace des glaciers ⁵. Comme la glace d'un glacier qui s'écoule très lentement, le manteau peut se déformer sur de très longues durées. Ce comportement visqueux permet des mouvements de convection ⁵.

Au centre de la Terre se trouve le noyau, que la sismologie a permis de mettre en évidence ³. Sa partie externe est liquide : une onde PKP la traverse ⁵. Plus au centre se trouve la graine, la partie interne du noyau, qui est solide ; certaines ondes la traversent ⁵.

Entre le manteau et le noyau se trouve la couche D'', une région de 200 km d'épaisseur ⁴. Elle présente une structure complexe et encore mal comprise ⁴. Elle n'a rien d'une couche homogène : les mesures sismiques montrent des structures complexes ⁴. Les chercheurs combinent minéralogie, sismologie et modélisation pour comprendre son histoire ⁴.

On parle de « la machine Terre » car le globe produit de la chaleur et il est le siège de nombreux phénomènes ². Cette activité se manifeste à l'intérieur du globe comme à la surface ².

La structure en couches n'est donc pas une photographie figée. Elle explique des phénomènes que tu étudieras ensuite : la tectonique des plaques, les séismes, les volcans.

Reprenons le voyage dans l'ordre, du sol jusqu'au centre de la planète. En surface, la croûte est la seule couche que nous touchons, dans les mines comme dans les forages ⁵. Juste dessous, le manteau est solide, même si ses roches se déforment avec une extrême lenteur ^{3 5}. Plus profond encore, le noyau a été mis en évidence par la sismologie, et non par une expédition humaine ³. Sa partie externe est liquide ⁵.

Entre le manteau et le noyau, la couche D'' reste une région complexe, que les chercheurs étudient encore aujourd'hui ⁴.