L’étude des ondes libérées par un séisme a permis de reconstituer l’organisation verticale de notre planète.
I Séismes et ondes sismiques
Les séismes correspondent à la brusque libération de l’énergie que les roches ont accumulée sous l’effet des contraintes qu’elles ont subies. Cette brusque rupture de la roche entraîne la libération d’ondes mécaniques.
Les ondes de volume (P pour premières et S pour secondes) se propagent en profondeur et permettent de reconstituer la structure interne de la Terre.
Doc1 Propagation et enregistrement des ondes sismiques
II Structure verticale de la Terre
Les ondes sismiques sont réfléchies ou réfractées si elles rencontrent un milieu différent. En cas de réflexion, les mêmes ondes sont enregistrées plusieurs fois. En cas de réfraction, il existe à la surface de la Terre une zone d’ombre où on n’enregistre plus ni l’onde directe ni l’onde réfractée.
A. Mohorovičić (1909), B. Gutenberg (1912) et I. Lehmann (1936) ont montré certaines discontinuités. Grâce au modèle PREM (Preliminary Reference Earth Model, 1981, décrivant l’évolution de la vitesse des ondes en fonction de la profondeur), on en déduit un modèle de la structure interne de la Terre.
Doc2 Modèle de la structure interne de la Terre déduit du modèle PREM
Méthode
Évaluer la profondeur du Moho
La croûte continentale est plus épaisse que la croûte océanique, sous laquelle le Moho se situe généralement vers 6 km de profondeur.
Prouver cette supposition en calculant la profondeur du Moho dans un domaine continental stable, grâce au sismogramme ci-dessous.
Doc Séisme de Savoie du 19/01/91 enregistré à Annemasse
La distance entre l’épicentre et la station (Δ) vaut 63,3 km, et le foyer était à une profondeur (h) de 11 km. Dans la croûte, la vitesse (V) des ondes P est constante et vaut 6,25 km∙s–1. Si on connaît le retard (δt) entre les ondes directes (P) et les ondes réfléchies sur le Moho (PMP), on démontre, par construction géométrique et grâce au théorème de Pythagore, que la profondeur (H) du Moho vaut :
Repère
ConseilsÉtape 1 Repérer les inconnues qui restent pour appliquer la formule.
Étape 2 Évaluer ces inconnues et appliquer la formule.
Étape 3 Conclure.
solutionÉtape 1 Il ne manque que δt pour pouvoir appliquer la formule.
Étape 2 δt est la durée écoulée entre l’arrivée des ondes P (3 h 12 min 15,580 s) et les ondes PMP (3 h 12 min 18,540 s), soit 2,960 s. En appliquant la formule, on trouve alors H = 32,1 km.
Étape 3 Le Moho est donc 5 fois plus profond dans un domaine continental stable que sous la croûte océanique, donc la croûte continentale est beaucoup plus épaisse que la croûte océanique.