La dynamique interne de la Terre

Exercice 1

Réponse : Les ondes P

Les ondes P (« premières ») sont les plus rapides : ce sont des ondes de compression. Viennent ensuite les ondes S (« secondes »), puis les ondes L, de surface, les plus lentes.

1. P : les plus rapides
2. S : plus lentes que les P
3. L : les plus lentes, près de la surface

Exercice 2

Réponse : Faux

Un liquide ne résiste pas au cisaillement : les ondes S ne s’y propagent pas. Les ondes P, elles, traversent solides et liquides. C’est cette propriété qui a permis de montrer que le noyau externe est liquide.

Exercice 3

Réponse : 1 → C · 2 → A · 3 → B

De la surface vers le centre : la croûte (quelques km à quelques dizaines de km), puis le Moho ; le manteau jusqu’à environ 2 900 km (Gutenberg) ; le noyau externe liquide jusqu’à environ 5 150 km (Lehmann) ; enfin la graine solide.

1. Moho : 5 à 10 km sous les océans, 30 km en moyenne sous les continents
2. Gutenberg : ≈ 2 900 km
3. Lehmann : ≈ 5 150 km

Exercice 4

Réponse : 1 → B · 2 → A · 3 → C

La croûte continentale est surtout granitique (densité ≈ 2,7). La croûte océanique est formée de basalte en surface et de gabbro en profondeur (≈ 2,9 à 3). Le manteau est formé de péridotite, riche en olivine (≈ 3,3).

1. Plus on descend, plus les roches sont denses
2. Basalte et gabbro ont la même composition chimique ; seule la vitesse de refroidissement diffère

Exercice 5

Réponse : Faux

C’est une erreur fréquente : l’asthénosphère est solide. Elle est seulement plus ductile que la lithosphère car elle est plus chaude. Le manteau ne fond que très localement et partiellement (sous les dorsales, dans les zones de subduction, sous les points chauds).

1. Ductile ≠ liquide
2. Limite lithosphère / asthénosphère ≈ isotherme 1 300 °C
3. Les ondes S traversent l’asthénosphère : elle n’est pas liquide.

Exercice 6

Réponse : 75 °C

On calcule l’augmentation de température sur 2 km, puis on l’ajoute à la température de surface.

1. Augmentation : 30 °C/km × 2 km = 60 °C
2. Température : 15 + 60 = 75 °C
3. Ce gradient fort s’explique par la conduction, transfert de chaleur lent dans la lithosphère.

Exercice 7

Réponse : 60 km

On calcule d’abord la fraction des vitesses, puis on multiplie par le retard. On peut ensuite vérifier avec les temps de trajet.

1. v_P × v_S = 6 × 4 = 24
2. v_P − v_S = 6 − 4 = 2
3. 24 ÷ 2 = 12, puis d = 5 × 12 = 60 km
4. Vérification : 60 ÷ 6 = 10 s pour les P, 60 ÷ 4 = 15 s pour les S, soit un retard de 5 s ✓

Exercice 8

Réponse : Les anomalies magnétiques disposées en bandes symétriques de part et d’autre des dorsales

Les bandes d’anomalies magnétiques sont symétriques par rapport à l’axe de la dorsale, et les sédiments sont de plus en plus âgés en s’en éloignant : le plancher océanique se forme à la dorsale puis s’en écarte (expansion océanique).

1. Emboîtement des côtes : argument de Wegener (début du XXᵉ siècle)
2. Anomalies magnétiques et âge des sédiments : années 1960
3. GPS : mesure actuelle et directe des déplacements

Exercice 9

Réponse : 10 cm/an

Le point chaud est supposé fixe : la distance entre le volcan et le point chaud correspond au déplacement de la plaque depuis la formation du volcan.

1. v = 300 km ÷ 3 millions d’années = 100 km par million d’années
2. 100 × 0,1 = 10 cm/an
3. Vérification : 300 km = 30 000 000 cm et 30 000 000 ÷ 3 000 000 = 10 cm/an ✓

Exercice 10

Réponse : Parce que la pression diminue alors que sa température reste élevée (décompression)

En remontant, le manteau reste chaud mais subit une pression de plus en plus faible. Or la température de fusion d’une roche baisse quand la pression diminue : quelques pourcents de la péridotite fondent. Le magma forme la croûte océanique (basalte en surface, gabbro en profondeur).

1. Dorsale : fusion partielle par décompression
2. Subduction : fusion partielle par hydratation du manteau
3. Ne pas confondre ces deux mécanismes