FA1 correction Partie 1 : Les caractéristiques de la croûte continentale

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Camille Bouffard
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1 FA1 correction Partie 1 : Les caractéristiques de la croûte continentale L an dernier vous avez travaillé sur le domaine océanique. Cette année, nous allons nous intéresser à la croûte continentale. Le domaine continental se distingue du domaine océanique par la nature de la croûte constitutive de la lithosphère; ainsi - Des zones immergées peuvent appartenir au domaine continental (plateau continental) - Tandis que des zones émergées peuvent être océaniques (Islande, la Réunion) A Croûte océanique Croûte continentale B Schéma du profil A/B A B? MANTEAU

Le domaine continental se distingue du domaine océanique par la nature de la croûte constitutive de la lithosphère; ainsi - Des zones

2 I/ L épaisseur de la croûte continentale PB : En 1738, le physicien Bouguer, qui a procédé à des mesures d accélération de la pesanteur (force gravitationnelle aujourd hui), découvre que sur les montagnes, on constate une anomalie de gravitation elle est plus faible qu en plaine alors que le surplus de matière laissait supposer le contraire. On parle d anomalies de Bouguer. Doc 2 page 144. et ci-dessous : anomalies gravimétrique au niveau des Alpes. En TP, nous avons constaté des variations d altitude du domaine continental, parallèlement à des anomalies gravitationnelles (Doc1 page 144). La croûte continentale est épaissie au niveau des chaînes de montagne (reliefs élevés). Il y a donc du matériau en excès à leur niveau. On s attend donc à trouver une anomalie gravimétrique positive au niveau des reliefs puisqu il y a «de la croûte en excès». HYPOTHESES L anomalie constatée peut-elle s expliquer par la nature des matériaux profonds, l épaisseur de la croûte Position du Moho? La nature des matériaux profonds ne peut être révélée que par des études sismiques (1S) Grâce à Google-earth, nous avons pu construire le profil de profondeur du Moho. Il fait apparaître une «racine» crustale sous les reliefs élevés. Mais comment MESURER cette épaisseur? 1. Mesurer l épaisseur de la croûte continentale Rappel sur la propagation des ondes P : Il faut étudier la propagation des ondes sismiques et mesurer leur vitesse sous les Alpes. Pour vérifier notre hypothèse, nous allons estimer la profondeur du Moho en différents points.

et ci-dessous : anomalies gravimétrique au niveau des Alpes.

3 Pour ce faire on utilise le retard des ondes P réfléchies sur le Moho par rapport aux ondes directes. Doc page 146 Comprendre le principe : La profondeur du Moho peut être calculée grâce aux enregistrements des séismes, en connaissant : La profondeur du foyer du séisme (= profondeur focale) La distance épicentrale (= distance de l'épicentre à la station d'enregistrement) La vitesse des ondes P (= 6,25 Km / s) Le retard des ondes PMP par rapport aux ondes P (calculé en secondes) Il suffit de choisir une station sismique sur la carte des Alpes, par exemple, et d appliquer la formule tirée de la démonstration suivante : Données : les points remarquables : C : épicentre du séisme D : station où le séisme est enregistré F : Foyer du séisme B : Point de réflexion des ondes P Données : les distances : FD : trajet des ondes P directes CD : distance de l'épicentre à la station H : profondeur du Moho h : profondeur du foyer du séisme Données : les temps : (lues sur le sismogramme) t 1 : temps d'arrivée des ondes directes P à la station D t 2 : temps d'arrivée des ondes PMP à la station D δt = t 2 -t 1 Au point D parviennent d'abord les ondes P directes selon le trajet FD puis un second train d'ondes P (= ondes PMP) selon le trajet FB et BD; on nomme dt le retard des ondes PMP par rapport aux ondes P Calcul de la profondeur du Moho On connaît la vitesse des ondes P dans la croûte continentale dans les Alpes (V = 6,25 Km. s -1 ). Si on considère le triangle rectangle FCD, le théorème de Pythagore permet d'écrire : FD 2 =FC 2 +CD 2. En remplaçant par leurs valeurs, on obtient *(Vt 1 ) 2 = h 2 +D 2 * = distance FD 2 soit t 1 2 = (h 2 + D 2 )/ V 2. De la même façon, si on considère le triangle rectangle CF'D, le théorème de Pythagore permet d'écrire : F'D 2 =CF' 2 +CD 2. En remarquant que FB+BD (trajet des ondes PMP) = F'B+BD et en remplaçant par leurs valeurs les diverses expressions, on obtient : (Vt 2 ) 2 = (2H-h) 2 +D 2 soit t 2 2 =(2H-h) 2 +D 2 /V 2. La suite du calcul est donnée ci-contre sachant que dt = t 2 -t 1 : Calcul de la position du point de réflexion (distance AB) : Le théorème de Thalès appliqué au triangle F'CD permet d'écrire l'égalité des rapports ci-contre : Il ne vous reste plus qu à appliquer la 1 ère formule pour connaître la profondeur du Moho et la 2de pour connaître la position du point de réflexion. Après avoir effectué le calcul, à la main et calculette pour le 1 er exemple, afin de bien comprendre le principe, pour les suivants, utilisez le tableau Excel appelé : «Calculs de la profondeur du Moho» joint à l article.

distance épicentrale (= distance de l'épicentre à la station d'enregistrement) La vitesse des ondes P (= 6,25 Km / s) Le retard des ondes PMP par rapport aux ondes P (calculé en secondes) Il suffit

4 Exercice 5 page fiche exercice. (voir rubrique correction) 2. Résultats : l épaisseur de la croûte continentale. Correction exercice 11 page Sous les Alpes : (profil Ecors) 30 Km 50 Km On note bien la présence d un épaississement crustale sous les Alpes. On notera que le Moho y est discontinu (voir chapitre suivant) Profondeur du Moho à l échelle de la planète : Profondeur moyenne sous les océans : 10 Km Profondeur moyenne sous les continents : 30 Km Zones de profondeur - Très élevée : Sous les chaînes de montagnes - Moyenne : Centre des plaques continentales - Moins élevée : Plateaux continentaux

On notera que le Moho y est discontinu (voir chapitre suivant) Profondeur du Moho à l échelle de la planète : Profondeur moyenne sous les océans : 10 Km

5 PB : comment expliquer les anomalies gravimétriques négatives sont localisées dans les zones d épaisseur maximale? 3. La densité de la croûte continentale. Nous avons évalué en TP la densité des roches caractéristiques (Doc page 147) Du manteau péridotite 3,3 De la croûte océanique Gabbro 3 De la croûte continentale Granite 2,5 Ainsi l excès de masse induit par la racine crustale est compensé par la plus faible densité de la croûte continentale. D o m a i n e c o n t i n e n t a l D o m a i n e o c é a n i q u e Plateau Talus Lithosphère continentale (100 km) Moho LVZ Croûte continentale Roche : granite croûte océanique Densité : 2,6 Roche : gabbro Densité : 3 Manteau lithosphérique Roche : péridotite Densité : 3,3 Asthénosphère -570 km- L i t h o s p h è r e Comment expliquer ces différences de densité?

induit par la racine crustale est compensé par la plus faible densité de la croûte continentale.

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