11°°) Energie et temp) Energie et tempéératures dans la Terreratures dans la Terre2°) Eléments de dynamique

33°°) Champ de pesanteur) Champ de pesanteur44°°) Mesure de la d) Mesure de la dééformationformation

55°°) ) Sismologie et tremblements de terreSismologie et tremblements de terre66°°) Chimie des roches) Chimie des roches

PLANPLAN

Chapitre 6

GGééochimieochimie(chimie des roches(chimie des roches

et des phet des phéénomnomèènes gnes gééologiques)ologiques)

5.1. Les ondes sismiques5.1. Les ondes sismiques5.2. Principes d5.2. Principes d’’imagerie du sous-solimagerie du sous-sol5.3. Tremblements de terre et failles actives5.3. Tremblements de terre et failles actives

LL’’Europe Europe àà 95 95 kmkm de profondeur de profondeur

Imagerie de lImagerie de l’’intintéérieurrieur

Un rUn rééflecteur renvoie les raisflecteur renvoie les rais

Front dFront d’’ondeonde

rairai

StationsStations

Détection d’une interface

Prof

onde

ur (

m)

Prof

onde

ur (

m)

Prof

onde

ur (

m)

Prof

onde

ur (

m)

TempsTemps

RRééflflééchiechie

RRééfractfractééee

DirecteDirecte

sin sin ααVV11

sin sin ββVV22

==

sin sin ααVV11

sin sin ββVV22

==

VV22 VV11

sin sin ββ = sin = sin αα

ββ augmente augmentequandquandαα augmente augmente

sin sin ααVV11

sin sin ββVV22

==

VV22 VV11

sin sin ββ = sin = sin αα

ββ augmente augmentequandquandαα augmente augmente

Avec > 1 ?Avec > 1 ?VV22 VV11

sin sin iiccVV11

11VV22

==Cas limite pour Cas limite pour ββ = 90 = 90°°Incidence critique Incidence critique αα = = iicc

(Uniquement(Uniquementsi Vsi V22 > V > V11))

αα = = iicc

VV11

rrééflex

ionfle

xion

rrééflexion

flexion

StationsStations

Onde directe

Onde réfl

échie

Onde réfractée(incidence critique)

h

Temps de trajet des ondes

distance

Source Récepteur

VV11

VV22

Onde directe

h

Onde directe

distance

Source Récepteur

VV11

VV22

x = Vx = V11 t t

Onde réfl

échie

h

Onde réfléchie

distance

Source Récepteur

VV11

VV22

dd

x / 2x / 2

2 d = V2 d = V11 t t dd22 = h = h22 + (x/2) + (x/2)22

Onde réfl

échie

h

Onde réfléchie

distance

Source Récepteur

VV11

VV22

dd

x / 2x / 2

t = = t = = 2 d2 dVV11

2 2 [[hh22 + (x/2) + (x/2)22]]1/21/2

VV11

Onde réfl

échie

h

Onde réfléchie

distance

Source Récepteur

VV11

VV22

dd

x / 2x / 2

t = t = 2 2 [[hh22 + (x/2) + (x/2)22]]1/21/2

VV11Temps non nul pour x=0Temps non nul pour x=0

Onde réfractée(incidence critique)

h

Onde réfractée

distance

Source Récepteur

VV11

VV22

h

Onde réfractée

distance

Source Récepteur

VV11

VV22δδcc δδ

x = 2 x = 2 δδcc + + δδ dd22 = h = h22 + d + dcc22 Calculs Calculs ……..

Relation entre temps de trajet et distanceRelation entre temps de trajet et distance

Tem

ps

Onde d

irecte

Pente

1/V1

Onde réfractée

Pente 1/V 2Onde réfl

échie

Tem

ps

Onde réfl

échie

Tempspour x = 0

Tem

ps

Onde d

irecte

Pente

1/V1

Onde réfractée

Pente 1/V 2Onde réfl

échie

Permet de déterminer h, V1 et V2

Onde réfl

échie

h

Onde réfléchie

distance

Source Récepteur

VV11

VV22

dd

x / 2x / 2

t = t = 2 2 [[hh22 + (x/2) + (x/2)22]]1/21/2

VV11 = = xx

VV11pour x >> hpour x >> h

Tem

ps

Pente 1/V1

Onde réfl

échie

EPAISSEUR DE LA CROUTE CONTINENTALE

La croûte Européenne

10 20 30 40 50 60Epaisseur (km)

A grandes distances, il faut considA grandes distances, il faut considéérer la courbure de la Terrerer la courbure de la Terre

En gEn géénnééral, V augmente avec la profondeur :ral, V augmente avec la profondeur :le rai est courble rai est courbéé vers le haut vers le haut

Les vitesses augmentent avec la profondeur (avec la pression) :les rais sismiques sont courbes

i

Source

(séïsme)

Stations (récepteurs)

Les Les ““zones dzones d’’ombreombre”” de la Terre : d de la Terre : déétection du noyau terrestretection du noyau terrestre

Ondes P Ondes S

Zone d’ombre :pas d’ondes sismiques

Manteau

Noyau externe (liquide)Noyau interne

(solide)

Profondeur (Profondeur (kmkm))

Vite

sse

(V

itess

e ( k

mkm s s-

1-1))

Profondeur (Profondeur (kmkm))

Vite

sse

(V

itess

e ( k

mkm s s-

1-1))

Manteau NoyauManteau Noyau

Profondeur (Profondeur (kmkm))

Vite

sse

(V

itess

e ( k

mkm s s-

1-1))

Manteau NoyauManteau Noyau

Pas dPas d’’ondes Sondes S

Liquide !Liquide !

Profondeur (Profondeur (kmkm))

Vite

sse

(V

itess

e ( k

mkm s s-

1-1))

Manteau NoyauManteau Noyau

NoyauNoyauexterneexterne(liquide)(liquide)

NoyauNoyauinterneinterne(solide)(solide)

ManteauManteauinfinféérieurrieur

Zone deZone detransitiontransition

ManteauManteauinfinféérieurrieur

Tomographie sismiqueTomographie sismiqueVariations latVariations latéérales de vitesserales de vitesse

(beaucoup plus faibles que les variations radiales)(beaucoup plus faibles que les variations radiales)

rairai

Le temps de trajet varie de Le temps de trajet varie de ΔΔt t par rapport par rapport àà la moyenne. la moyenne.La vitesse varie de La vitesse varie de ΔΔV par rapport V par rapport àà la moyenne. la moyenne.

ΔΔV > 0 pour V > 0 pour ΔΔT < 0 (zones froides)T < 0 (zones froides)ΔΔV < 0 pour V < 0 pour ΔΔT > 0 (zones chaudes)T > 0 (zones chaudes)

Principe : on dPrincipe : on déécoupe la Terre en blocs.coupe la Terre en blocs.Pour le rai nPour le rai noo.1, l.1, l’’anomalie de vitesse est distribuanomalie de vitesse est distribuéée sur 5 blocs (exemple)e sur 5 blocs (exemple)

Rai nRai noo.1.1

Un deuxiUn deuxièème rai me rai ééchantillonne le mchantillonne le mêême bloc sur un autre trajet.me bloc sur un autre trajet.

Rai nRai noo.1.1Rai nRai noo.2.2

On recoupant les informations, on dOn recoupant les informations, on déétermine termine ΔΔV pour chaque bloc.V pour chaque bloc.

Recoupements (Recoupements (àà 2-D) 2-D)

La zone de subduction de la mer Egée

Sud

Prof

onde

ur (

Prof

onde

ur ( k

mkm))

Anomalies de vitesse (%)Anomalies de vitesse (%)

Le monde à 100 km de profondeur

… et 200 km de prodondeur

LL’’Europe Europe àà 95 95 kmkm de profondeur de profondeur

LL’’Europe Europe àà 195 195 kmkm de profondeur de profondeur