La structure interne de la Terre
L'intérieur de la Terre est constitué d'une succession de couches de propriétés physiques différentes: au centre, le noyau, qui forme 17% du volume terrestre et qui se divise en noyau interne solide et noyau externe liquide; puis, le manteau, qui constitue le gros du volume terrestre, 81%, et qui se divise en manteau inférieur solide et manteau supérieur principalement plastique, mais dont la partie tout à fait supérieure est solide; finalement, la croûte (ou écorce), qui compte pour moins de 2% en volume et qui est solide.
Deux discontinuités importantes séparent croûte, manteau et noyau: la discontinuité de Mohorovicic (MOHO) qui marque un contraste de densité entre la croûte terrestre et le manteau, et la discontinuité de Gutenberg qui marque aussi un contraste important de densité entre le manteau et le noyau. Une troisième discontinuité sépare noyau interne et noyau externe, la discontinuité de Lehmann.
La couche plastique du manteau supérieur est appelée asthénosphère, alors qu'ensemble, les deux couches solides qui la surmontent, soit la couche solide de la partie supérieure du manteau supérieur et la croûte terrestre, forment la lithosphère.
On reconnaît deux types de croûte terrestre: la croûte océanique, celle qui en gros se situe sous les océans, qui est formée de roches basaltiques de densité 3,2 et qu'on nomme aussi SIMA (silicium-magnésium); et la croûte continentale, celle qui se situe au niveau des continents, qui est plus épaisse à cause de sa plus faible densité (roches granitiques à intermédiaires de densité 2,7 à 3) et qu'on nomme SIAL (silicium-aluminium). La couverture sédimentaire est une mince pellicule de sédiments produits et redistribués à la surface de la croûte par les divers agents d'érosion (eau, vent, glace) et qui compte pour très peu en volume.
L'intérieur de la Terre est donc constitué d'un certain nombre de couches superposées, qui se distinguent par leur état solide, liquide ou plastique, ainsi que par leur densité. Comment savons-nous cela? C'est par une sorte d'échographie de l'intérieur de la Terre qui a été établie à partir du comportement des ondes sismiques lors des tremblements de terre. Les sismologues Mohorovicic, Gutenberg et Lehmann ont réussi à déterminer l'état et la densité des couches par l'étude du comportement de ces ondes sismiques.
La vitesse de propagation des ondes sismiques est fonction de l'état et de la densité de la matière. Certains types d'ondes se propagent autant dans les liquides, les solides et les gaz, alors que d'autres types ne se propagent que dans les solides.
Lorsque qu'il se produit un tremblement de terre à la surface du globe, il y a émission d'ondes dans toutes les directions. Il existe deux grands domaines de propagations des ondes: les ondes de surface, celles qui se propagent à la surface du globe, dans la croûte terrestre, et qui causent tous ces dommages associés aux tremblements de terre, et les ondes de volume, celles qui se propagent à l'intérieur de la terre et qui peuvent être enregistrées en plusieurs points du globe. Chez les ondes de volume, on reconnaît deux grands types: les ondes de cisaillement ou ondes S, et les ondes de compression ou ondes P.
Les ondes sismiques de volume.
L'onde P se déplace créant successivement des zones de dilatation et des zones de compression. Les particules se déplacent selon un mouvement avant-arrière dans la
direction de la propagation de l'onde, à la manière d'un "slinky". Ce type d'onde est assimilable à une onde sonore. Dans le cas des ondes S, les particules oscillent dans un plan vertical, à angle droit par rapport au sens de propagation de l'onde.
La structure interne de la Terre, ainsi que l'état et la densité de la matière, ont été déduits de l'analyse du comportement des ondes sismiques. Les ondes P se propagent dans les solides, les liquides et les gaz, alors que les ondes S ne se propagent que dans les solides. On sait aussi que la vitesse de propagation des ondes sismiques est proportionnelle à la densité du matériel dans lequel elles se propagent.
La brusque interruption de propagation des ondes S à la limite entre le manteau et le noyau indique qu'on passe d'un solide (manteau inférieur) à un liquide (noyau externe). L'augmentation progressive de la vitesse des ondes P et S dans le manteau indique une augmentation de densité du matériel à mesure qu'on s'enfonce dans ce manteau. La chute subite de la vitesse des ondes P au contact manteau-noyau est reliée au changement d'état de la matière (de solide à liquide), mais les vitesses relatives continuent d'augmenter, indiquant une augmentation des densités. Plus en détail, au contact lithosphère-asthénosphère, on note une légère chute des vitesses de propagation des ondes P et S correspondant au passage d'un matériel solide (lithosphère) à un matériel plastique (asthénosphère).
La composition de la croûte terrestre est assez bien connue par l'étude des roches qui forment la surface terrestre et aussi par de nombreux forages. Notre connaissance du manteau et du noyau est, cependant, plus limitée. Malgré tous les efforts déployés à cet effet, aucun forage n'a encore traversé le MOHO.
A la recherche du MOHO
A la Recherche du MOHO
Depuis la fin des années 60, on cherche, par des forages profonds, à mieux connaître et comprendre la nature et la composition de la croûte continentale, et à atteindre et traverser la discontinuité de MOHO dans l'espoir de prélever des échantillons du manteau. Plusieurs projets de collaboration internationale ont été mis sur pieds.
Le MOHOLE (Moho hole), en 1967-68: un projet américain de forage de la croûte océanique près d'Hawaï, à partir d'une plate-forme, sous 4500 mètres d'eau. On visait un trou de 25 cm de diamètre, sur une profondeur de 5 km. On a rencontré de nombreuses difficultés techniques et les coûts furent élevés. On n'a pas atteint le Moho.
Le projet JOIDES (Joint Oceanic Institution for Deep Earth Sampling). Un projet initié en août 1968 et financé par la NSF (National Science Foundation, USA). Il s'agissait d'un forage dans le golfe du Mexique, sous 3580 m d'eau, à partir du Glomar Challenger, un bateau équipé pour forer dans 6000 m d'eau. Ici encore, on n'a pas atteint le Moho.
Le DSDP (Deep Sea Drilling Projet), un projet initié en 1970, qui ne cherche pas à rejoindre le Moho, mais qui vise à réaliser plusieurs forages peu profonds, dans tous les océans, pour bien connaître la croûte océanique et sa couverture sédimentaire.
Le projet IPOD (International Phase of Ocean Drilling), puis ODP (Ocean Drilling Project), depuis 1979 et toujours actif: c'est la suite du DSDP, mais à l'échelle internationale; plusieurs forages à +/- 2000 m dans la croûte océanique, sur des centaines de sites dans tous les océans, bénéficiant d'une grande amélioration des techniques.
Les Russes furent les premiers à forer à partir du continent pour tenter d'atteindre le Moho, donc à traverser la croûte continentale plutôt que la croûte océanique. Le forage a été implanté dans la péninsule de Kola (cercle arctique russe), en bordure d'une masse continentale, où on considère que le Moho se trouve à 10 ou 15 km de profondeur.
1977: début du forage; cible 15 km, 1982: on atteint 8 km,
1989: on atteint 12 km sans être encore au Moho.
Acquisition inestimable de connaissances sur la croûte continentale. A toutes fins pratiques, un forage arrêté aujourd'hui, faute de moyens financiers.
L'Allemagne planifie de compléter un forage de 15 km en Bavière (donc à travers la croûte continentale) pour 1996. Travaux toujours en cours qui, ici aussi, ont permis d'apprendre énormément sur la croûte continentale. Le Moho n'a pas encore été atteint.
A l'été de 1996, l'ODP projette de reprendre un forage (i.e. entrer dans le même trou) dans l'océan Atlantique, forage qui est déjà à 2000 m de profondeur et sous lequel on pense pouvoir atteindre le Moho.
A ce jour, la discontinuité de Moho n'a toujours pas été atteinte (1996) et nous ne possédons toujours pas d'échantillons du manteau, ... sauf ce qui nous vient des volcans.
