En gros, la Terre possède quatre couches : la croûte solide à l’extérieur, le manteau et le noyau – partagé entre le noyau externe et le noyau interne.
La croûte
La croûte est tout ce que nous pouvons voir et étudier directement. Couche la plus mince de la Terre, la croûte mesure toujours environ 40 km en moyenne, avec une profondeur allant de 5 à 70 km (~3-44 miles). Mais à l’échelle de la planète, c’est moins que la peau d’une pomme.
Il existe deux types de croûte : la croûte continentale et la croûte océanique. La croûte océanique se trouve au fond des océans ou sous la croûte continentale ; elle est généralement plus dure et plus profonde, constituée de roches plus denses comme le basalte, tandis que la croûte continentale contient des roches de type granite et des sédiments. La croûte continentale est plus épaisse sur terre.
La croûte n’est pas une seule chose rigide, mais elle est divisée en plusieurs plaques tectoniques. Ces plaques tectoniques ne sont pas stationnaires, mais sont en mouvement relatif les unes par rapport aux autres. Selon la relation et le cadre géologique, il existe trois types de limites de plaques tectoniques : convergentes (se rapprochant l’une de l’autre), divergentes (s’éloignant l’une de l’autre) et transformantes (se déplaçant latéralement).
Ces plaques « flottent » sur le manteau supérieur mou et plastique.
Le manteau
Le manteau s’étend sur 2 890 km de profondeur, ce qui en fait la couche la plus épaisse de la Terre. Il constitue environ 84 % du volume de la Terre. Tout ce que nous savons sur le manteau, nous le savons indirectement, car aucune étude humaine n’a réussi à aller au-delà de la croûte. La plupart des choses que nous savons sur le manteau, nous les connaissons grâce aux études sismologiques (nous y reviendrons plus tard).
Le manteau est également divisé en plusieurs couches, en fonction des propriétés sismologiques. Le manteau supérieur s’étend de l’endroit où la croûte se termine jusqu’à environ 670 km. Même si cette zone est considérée comme visqueuse, vous pouvez également la considérer comme formée de roche – une roche appelée péridotite pour être plus précis. En dessous, le manteau inférieur s’étend de 670 à près de 2900 kilomètres sous la surface.
Il est fondamentalement accepté maintenant que le manteau n’est pas dans un état stable, mais plutôt dans un état de mouvement constant. Il existe une circulation convective générale, avec des matériaux chauds remontant vers la surface et des matériaux plus froids allant plus en profondeur. On pense généralement que cette convection dirige en fait la circulation de la tectonique des plaques dans la croûte.
La plupart des tremblements de terre se forment à la surface, dans la croûte ; au fur et à mesure que les plaques s’abaissent et se retirent, une tension se crée, et lorsque cette tension se relâche ou lorsque quelque chose se brise, vous avez un tremblement de terre. Cependant, les tremblements de terre peuvent également se produire dans le manteau, et à ces pressions, il est impossible de parler de failles et de ruptures. Dans les zones de subduction, où un plan passe sous un autre, des séismes ont été observés à des profondeurs allant jusqu’à 670 km. Le mécanisme de ces tremblements de terre n’est pas encore bien compris, mais l’une des théories est que certains minéraux passent d’un état à un autre, modifiant ainsi leur volume. Ce changement de volume peut entraîner des tremblements de terre.
Cependant, nous nous rapprochons de plus en plus de la compréhension du manteau – même sans y arriver. Ces derniers temps, les chercheurs se sont approchés de la reproduction de la température/pression élevée dans le manteau, et des modèles informatiques de haut niveau révèlent également certains de ses secrets.
Le noyau
Nous faisons parfois référence au noyau comme à une seule chose, bien que le noyau interne et le noyau externe soient fondamentalement différents – pas des couches de la même chose. Le noyau interne « solide » a un rayon de ~1 220 km, tandis que le noyau externe « liquide » s’étend jusqu’à un rayon de ~3 400 km.
Attendez, si nous ne pouvions pas aller dans le manteau, comment pourrions-nous savoir que l’un est solide et l’autre non ? Eh bien, comme précédemment, la réponse est la même : les ondes sismiques (nous y sommes presque).
Le noyau interne
Les températures et les pressions du noyau interne sont absolument extrêmes, à environ 5 400 °C (9 800 °F) et 330 à 360 gigapascals (3 300 000 à 3 600 000 atm).
On pense généralement que le noyau interne croît très lentement – à mesure que le noyau se refroidit, une plus grande partie du noyau externe se solidifie et devient une partie du noyau interne. Le taux de refroidissement est très faible, de l’ordre de 100 degrés Celsius par milliard d’années. Cependant, même cette croissance lente est pensée pour avoir un impact significatif dans la génération du champ magnétique de la Terre par l’action de la dynamo dans le noyau externe liquide.
De manière plutôt intéressante, le noyau interne semble être asymétrique sur la ligne Est-Ouest. Il existe un modèle qui explique cette asymétrie par la fusion d’un côté et la cristallisation de l’autre. Cette anomalie affecte aussi probablement le champ magnétique terrestre, créant une asymétrie du côté de la cristallisation.
Le noyau externe
Le noyau externe est un fluide de faible viscosité (environ dix fois la viscosité des métaux liquides à la surface) – « liquide » est un terme plutôt impropre. Comme il a une très faible viscosité, il est facilement déformable et malléable. Elle est le siège d’une convection violente. On pense également qu’elle subit de très violents courants de convection – hé, et devinez quoi ? Le barattage du noyau externe et son mouvement relatif sont responsables du champ magnétique terrestre.
La partie la plus chaude du noyau externe est en fait plus chaude que le noyau interne ; les températures peuvent atteindre 6 000° Celsius (10 800° Fahrenheit) – aussi chaud que la surface du soleil.
Comment nous connaissons les couches de la Terre
Nous ne pouvons voir que de très petites fractions de la croûte terrestre, qui elle-même est une petite fraction de notre planète – alors comment pouvons-nous savoir toutes ces choses ?
Eh bien, la meilleure source d’information dont nous disposons, ce sont les ondes sismiques. Lorsqu’un tremblement de terre a lieu, il libère des ondes de pression qui se propagent ensuite sur toute la planète. Ces ondes transportent avec elles des informations provenant des couches qu’elles traversent – notamment le manteau et le noyau. En étudiant la propagation des ondes à travers la Terre, nous pouvons en apprendre davantage sur les propriétés physiques de l’intérieur de la Terre. Par exemple, certaines ondes ne se propagent que dans des milieux solides, tandis que d’autres se propagent à la fois dans des milieux solides et liquides – elles peuvent donc montrer si une couche est solide ou non. Les ondes sismiques échantillonnent des bandes étroites de l’intérieur de la Terre, de sorte que nous pouvons également isoler les informations qu’elles transportent ; en analysant plusieurs tremblements de terre enregistrés dans plusieurs stations sismiques, nous pouvons produire une analyse d’une zone semblable à un scanner.
Les rayons se courbent et se réfléchissent en fonction des propriétés du milieu qu’ils traversent, et la vitesse de l’onde est également affectée par le milieu.
De plus, des simulations modernes en laboratoire ont montré comment les minéraux se comportent probablement à ces températures et pressions, et nous avons également des informations gravitationnelles et magnétiques indirectes, ainsi que des études sur le magma et les cristaux trouvés à la surface – mais l’essentiel des informations provient de la sismologie mondiale. C’est tout simplement incroyable que, sans même s’en approcher, nous puissions en savoir autant sur les couches de la Terre.