Informations fournies par les données sismiques : début du 20e siècle
Les premiers enregistrements sismiques datent de la fin du 19e siècle. A partir de cette date, on accumule progressivement des données dont l'interprétation va conduire à une meilleure connaissance de la structure interne du globe terrestre. Les multiples séismes qui se produisent à proximité de la surface, engendrent des ondes dont certaines se propagent vers l'intérieur, traversant la sphère terrestre de part en part. L'étude de ces ondes, qui sont détectées par de nombreuses stations d'enregistrement, permet d'obtenir une sorte d'échographie de notre planète.
Les rais sismiques, qui matérialisent les ondes, comme les rayons lumineux représentent la lumière, ont des trajets qui dépendent de la célérité (vitesse) de ces ondes dans les matériaux traversés. Si la célérité est constante, les rais sismiques sont des lignes droites. Lorsque la célérité change brusquement, le rai sismique est dévié, tout comme un rayon lumineux, suivant les lois de la réfraction (lois de Descartes). Si la célérité varie progressivement, les rais sismiques sont incurvés, comme les rayons lumineux au voisinage d'un sol surchauffé, ce qui, dans ce dernier cas, est à l'origine des mirages.
Mise en évidence de la zone d'ombre
Les ondes de compression, ondes P, provenant d'un séisme, sont recueillies par toutes les stations d'enregistrement, sauf celles qui se trouvent dans une bande comprise entre 11 500 et 14 000 km de l'épicentre du séisme. Cette bande, où les ondes P ne sont, pas reçues est appelée la zone d'ombre. Au delà de la zone d'ombre, les ondes de compression (P') réapparaissent, mais arrivent plus tard que prévu. L'existence de cette zone d'ombre, combinée à d'autres arguments, a permis de montrer la présence d'une zone particulière au centre du globe : le noyau terrestre.
Le but du logiciel Ondes P est d'illustrer, de manière simplifiée, une méthode de modélisation de la structure interne du globe terrestre permettant d'expliquer les caractéristiques de la zone d'ombre. La célérité des ondes sismiques à une profondeur donnée dépend de la nature de la roche et des conditions physiques (pression et température) qui règnent à ces niveaux. Les variations lentes et continues de célérité sont dues aux élévations progressives de pression et de température. Les variations brusques sont dues à de brusques changements de composition de la roche (ou à un changement d'état).
Une courbe représentant une hypothèse de variation de célérité des ondes P en fonction de la profondeur dans le globe terrestre représente donc un modèle de sa structure. Ce modèle est composé de couches concentriques emboîtées, chaque partie étant séparée de la suivante par une discontinuité qui se traduit sur le graphique par une variation brutale de la célérité. Ce logiciel vous permet d'entrer des modèles hypothétiques et de faire tracer les rais sismiques correspondants. Il faudra alors vérifier sur la figure obtenue, qu'il y a bien une zone d'ombre et que celle-ci est correctement placée.
Les modèles de ce type doivent être affinés en tenant compte des temps de parcours.
Un modèle classique est donné dans le logiciel sous le nom de modèle usuel.
Le globe a donc une structure emboîtée avec un noyau situé à partir de 2894 km de profondeur.
La structure interne du globe terrestre
La modélisation évoquée dans la partie précédente a permis d'estimer la célérité des ondes sismiques P à différentes profondeurs :
 | en surface se trouve la croûte terrestre : |
 | sous les continents et les mers épicontinentales, la croûte continentale, de composition granitique a une épaisseur de 30 à 70 km. La célérité des ondes sismiques P y est d'environ 6,2 km.s-1. |
| sous les océans, la croûte océanique, de composition basaltique a une épaisseur de 5à 10 km. La célérité des ondes sismiques P y est d'environ 6,4 à 6,9 km.s-1. |
| à la limite du manteau on observe une brusque augmentation de la célérité des ondes P : c'est la discontinuité de Mohorovicic. On passe ainsi à 8,2 km.s-1 |
| jusqu'à 700 km, la célérité des ondes P augmente assez rapidement pour atteindre 12 km.s-1. |
| l'augmentation de célérité est plus lente ensuite. |
| à la limite du noyau on observe une chute brusque de la célérité qui passe de 13,6 à 8,1 km.s-1. C'est la discontinuité de Gutenberg. |
| La disparition des ondes S (ondes de cisaillement) à l'entrée du noyau montre que sa périphérie est à l'état liquide. |
| On a pu montrer que la partie centrale du noyau est solide : c'est la graine. |
La détermination de la nature chimique des matériaux composant le manteau et le noyau.
![[graphique vitesse f(densité) pour différents éléments]](vitdens.gif)
La mesure de la célérité des ondes de compression dans différents
matériaux a permis de construire des graphiques analogues à celui présenté ici. La
courbe représentant les caractéristiques du manteau se situe dans la zone correspondant
aux résultats du silicium, à proximité de l'aluminium. La courbe représentant les
caractéristiques du noyau se situe à proximité des résultats du fer et du nickel.On en
a déduit que le manteau est riche en silicates ce qui a pu être vérifié sur des
fragments du manteau supérieur, remontés à la surface à la suite de collisions entre
des plaques. Le noyau est riche en fer (Fe) et en nickel (Ni). L'existence du champ
magnétique terrestre est un argument supplémentaire confirmant la présence de fer dans
le noyau terrestre. Ce champ magnétique serait dû à des mouvements de convection dans
la partie externe du noyau.
Rédigé par : Jean-François Madre (e-mail : jean-francois.madre@wanadoo.fr)