Embedded Files
III.A. La péridotite, roche du manteau
Le manteau est intégralement composé de péridotites, une roche grenue verte ultrabasique (très pauvre en silice) contenant de l'olivine et des pyroxènes. Cette roche est visible à l'affleurement sous la croûte océanique au niveau des falaises explorées par le nautile (faille de la Véma) et sous forme d'inclusions dans des roches volcaniques continentales (blocs arrachés au manteau par le magma lors de sa remontée).
Malgré une certaine homogénéité d'un point de vue chimique, le manteau présente des hétérogénéités minéralogiques, rhéologiques* et thermiques qu'il est important d'avoir en tête afin de comprendre son fonctionnement (que nous étudierons au chapitre suivant). Ces hétérogénéités, découvertes principalement en étudiant la propagation des ondes sismiques, permettent de définir différentes zones dans le manteau.
*la rhéologie d'une roche est son comportement face au contraintes mécaniques (cassant ? ductile ?)
III.B. Un premier découpage possible basé sur la minéralogie et la densité
Le profil de vitesse des ondes P en fonction de la profondeur fait apparaître 3 légères discontinuités autour de 410, 520 et 660 km. Aux conditions de pression et de température qui règnent à ces profondeurs, que l'on peut reproduire en laboratoire dans des enclumes à diamants, les minéraux de la péridotite se réorganisent et deviennent plus compacts et donc plus denses. Cela explique les sauts de vitesse. A 410 km, l’olivine α se transforme en olivine β puis en olivine γ à 520 km, qui elle-même donne à 660 km de la perovskite, un minéral très compact et donc très dense.
Ainsi on appelle manteau supérieur la partie du manteau située à une profondeur inférieure à 410km (péridotite à olivine α), zone de transition la partie du manteau située entre 410 et 660km et manteau inférieur la partie située entre 660km et 2900 km de profondeur (péridotite à perovskites).
Profil de vitesse des ondes P en fonction de la profondeur
III.C. Un second découpage basé sur le comportement
III.C.1. Une hétérogénéité de comportement (rhéologique)
La lithosphère
Par définition, la lithosphère correspond aux roches superficielles présentant un comportement rigide/cassant (=sismogène) ; elle comprend la croûte terrestre et la partie supérieure cassante du manteau supérieur appelée manteau lithosphérique. La lithosphère est découpée en plaques mobiles : les plaques tectoniques, qui flottent sur l'asthénosphère.
ATTENTION : j'insiste sur le fait que le manteau lithosphérique et la lithosphère, ce n'est pas la même chose ! Le manteau lithosphérique n'est qu'une partie de la lithosphère regardez bien le schéma ci-dessous !.
La lithosphère est découpée en un ensemble de plaques tectoniques rigides qui se déplacent à la surface du globe. Elle est constituée de la croûte et de la partie supérieure du manteau supérieur, qu'on appelle de fait manteau lithosphérique
L’asthénosphère
L’asthénosphère est la partie du manteau supérieur sur laquelle repose la lithosphère. Elle présente un comportement ductile (les péridotites de l’asthénosphère peuvent se déformer sans jamais casser et donc sans jamais produire de séismes). Etant plus dense que la lithosphère, l'asthénosphère permet à cette dernière de flotter au-dessus d'elle.
L'isotherme des 1300°C : limite entre lithosphère et asthénosphère
La transition entre comportement cassant et ductile se produit pour les péridotites lorsque leur température dépasse les 1300°C environ. La limite lithosphère/asthénosphère correspond donc par convention à l’isotherme des 1300°C (surface au niveau de laquelle la température est égale en tout point à 1300°C)
La lithosphère, composée de la croûte (continentale ou océanique) et du manteau lithosphérique repose et flotte sur le manteau asthénosphérique, ductile.
III.C.2. La LVZ, sommet de l’asthénosphère et zone de découplage mécanique
Lorsque des ondes sismiques traversent les 100 premiers km de l’asthénosphère, leur vitesse diminue. Cette zone est donc appelée LVZ pour Low Velocity Zone. La réduction de vitesse des ondes sismiques résulte du fait que les péridotites de la LVZ présentent un comportement extrêmement ductile (ce que confirment les expériences réalisées avec des enclumes à diamant sur de la péridotite aux températures et pressions correspondantes).
Grâce à la LVZ, les plaques lithosphériques peuvent glisser horizontalement à la surface du globe. Sans LVZ, elles resteraient solidaires des roches sous-jacentes et ne pourraient donc pas se déplacer. On dit donc que la LVZ fait fonction de zone de découplage mécanique entre les plaques tectoniques et le manteau asthénosphérique sous-jacent.
Les études sismiques montrent que la LVZ est localisée plus profondément sous les continents que sous les océans. Cela signifie donc que la lithosphère océanique est plus fine que la lithosphère continentale.
Schéma récapitulatif
La Terre peut être "découpée" en enveloppes concentriques de 2 manières :
en fonction de la nature des roches (découpage pétrographique)
en fonction du comportement des roches faces aux contraintes mécaniques (découpage géophysique/rhéologique)
Ces deux "visions" sont complémentaires.
Note : Les échelles ne sont pas respectées afin de mieux voir la structure.
Source : Raymond Rodriguez
III.D. Ce que nous révèle la tomographie sismique
L’analyse fine des temps d’arrivée des ondes sismiques montre de légères déviations par rapport aux temps attendus si le manteau était parfaitement homogène latéralement d'un point de vue thermique (modèle PREM supposant que la température ne dépend que de la profondeur = pas d'hétérogénéités latérales). Un léger retard indique que les ondes ont rencontré sur leur trajet une partie de manteau légèrement moins dense que prévu donc anormalement chaude. Une légère avance indique au contraire que les ondes ont traversé un partie de manteau légèrement plus dense que prévu donc anormalement froide.
En recoupant les données de milliers de séismes à travers le monde, il devient possible de cartographier en 3D les anomalies de vitesse dans le manteau et donc sa température : cette technique, inspirée de l’imagerie médicale, s’appelle la tomographie sismique. Elle montre que la température du manteau est hétérogène. L'interprétation de ces hétérogénéités sera faite au chapitre suivant.
Je vérifie que j'ai bien compris et assimilé les notions
Comment s'appelle la roche constitutive du manteau terrestre ? De quels minéraux est-elle constituée ?
Que pouvez dire de sa composition chimique ?
Quelles différences y a-t-il entre manteau inférieur et manteau supérieur ?
Où se situe la limite manteau inférieur/manteau supérieur ?
Qu'est-ce que la lithosphère ?
Quelle différence y-a-t-il entre manteau lithosphérique et lithosphère ?
Qu'est-ce qu'une plaque tectonique ?
Qu'est-ce que l'asthénosphère ?
Que signifie "comportement ductile" ?
Qu'est-ce qu'une isotherme ?
Quelle est par convention la limite lithosphère/asthénosphère ?
Qui est plus dense : la lithosphère ou l'asthénosphère ?
Qu'est-ce que la LVZ ? Quelle caractéristique sismique et rhéologique présente-t-elle ? A quelle profondeur se situe-t-elle ?
Quelle est le rôle de la LVZ dans la tectonique des plaques ?
Qu'est-ce que la tomographie sismique ? Comment fonctionne-t-elle ?
Que nous montre la tomographie sismique ?
Reproduisez le diagramme localisant : manteau inférieur, zone de transition, manteau inférieur, manteau lithosphérique, lithosphère, croûte, asthénosphère, LVZ. Vous indiquerez précisément les profondeur des limites et l'extension de chacune de ces zones par des doubles-flèches.
Google Sites
Report abuse