Conférence réalisée par Régis THYOT
Mardi 6 février 2024
- LES VOLCANS
2.1 De quoi parle-t-on ?
Un volcan est une structure géologique qui résulte de la montée d’un magma qui vient du centre de la terre, puis de l’éruption de matériaux (gaz et lave), issus de ce magma, à la surface de la croûte terrestre. Ce volcan peut être aérien ou sous-marin.
2.2 Observation de l’anatomie d’un volcan (Cf schéma)
- Le magma passe d’une chambre magmatique à la surface de la Terre par une ou plusieurs cheminées.
2.3 L’observation nous montre que tous les volcans ne se ressemblent pas.
Il existe quatre types de volcans : hawaïen strombolien, vulcanien et peléen. Ils sont classés selon le type d’éruption qui dépend de la nature du magma qui s’écoule. Plus celui-ci s’est formé en profondeur et moins il contient de silice. Il est ainsi plus fluide.
- Hawaïen : Il ne montre pas d’éruption mais des coulées, il reste toujours en activité.
- Strombolien : Il se distingue par un cône, des panaches et la production de cendres
- Vulcanien : Ses éruptions sont beaucoup plus violentes
- Péléen : très éruptif, il forme des nuées et la lave s’écoule de 300 à 1000 km/h
2.4 Observation de l’activité de ses volcans : huit grands types d’éruptions…
Une classification de l’activité volcanique (Joyce 2010)
Type | Coulées et explosivité | Topographie typique associée |
Islandais | Coulées épaisses et étendues émises par des fissures, faible explosivité | Boucliers et plaines de lave, cônes alignés le long des fissures |
Hawaïen | Coulées étendues émises par des cheminées centrales, faible explosivité sauf en cas d’explosions phréatiques | Dômes, boucliers et longues coulées alimentées par des tubes de lave, cônes de scories, maars, anneaux de tuf… |
Strombolien | Coulées souvent absentes, explosivité faible ou modérée | Cônes de scories avec des coulées courtes |
Vulcanien | Coulées souvent absentes, explosivité modérée ou forte | Cônes de cendres, cratères d’explosion |
Vésuvien | Coulées souvent absentes, explosivité modérée à violente | Cônes importants alternant cendre et lave (strato-volcans), vastes dépôts de cendres, cratères d’explosion et caldeiras d’effondrement |
Plinien | Coulées parfois absentes, explosivité très violente | Vastes dépôts de ponces et de cendres |
Péléen | Dômes et coulées courtes et épaisses, nuées ardentes, explosivité modérée | Dômes, aiguilles, cônes de cendre et de ponce, plaines d’ignimbrites |
Krakatoen | Pas de coulée, explosivité cataclysmique | Vastes caldeiras d’explosion |
2.5 Observation de l’impact des éruptions sur la vie des hommes
Les éruptions font en général beaucoup de victimes, on parvient maintenant à repérer les signes précurseurs.
Toutefois, les habitants restent accrochés à leur terre qui est rendue plus fertile grâce à la lave du volcan. Le volcan étant calme 90 % du temps, ils acceptent le risque d’éruptions.
Lorsque la lave traverse la nappe phréatique, il s’agit d’éruptions froides.
Lorsque les éruptions se situent sous l’océan, l’eau + la lave forment des jets de vapeur. La lave se solidifiant au contact de l’eau peut donner naissance à des îles, territoires qui seront vite récupérés…
2.6 Comprendre comment se forme un volcan ?
- Si l’on change de point de vue en regardant la terre sans eau, on s’aperçoit qu’il y a beaucoup de montagnes sous les océans. Or les montagnes sont aussi des manifestations de l’activité interne de la terre.
(Mars possède le plus grand volcan du système solaire).
Quelle est cette activité interne de la terre ?
- Le commencement : Date de naissance de la terre
Notre galaxie, la voie lactée est composée de 1000 Milliards d’étoiles et l’univers de 200 Milliards de galaxies… et tout cela aurait 10,5 milliards années d’existence… ce qui relativise beaucoup de choses…
Le système solaire s’est formé il y a 4-5 milliards d’année à partir des cendres d’autres étoiles (poussières d’étoiles). La matière en rotation s’agglomère et donne des planètes.
3.1 Comprendre la nature de LA TERRE
- Son observation est difficile car on peut comparer la terre à un oignon. Elle possède différentes couches et les océans sont une pellicule très fine. (Cf schéma). A l’échelle d’une orange, l’Everest s’élèverait à 0,1 mm…Ce qui donne une idée de l’épaisseur de la croûte terrestre.
Pour connaître et utiliser les ressources de la terre, des puits sont creusés. Par exemple les puits de mine sont creusés à 500 ou 600 m de profondeur, la chaleur et la composition du sol ne permettent pas de creuser plus profond car il demande un matériel difficile à concevoir. En URSS un essai de puits à 13km a été réalisé.
- Les trous creusés pour extraire les minéraux et autres richesses ne sont pas toujours rebouchés ce qui fragilise la croûte terrestre car ils sont une porte de sortie du magma vers la surface.
- Son observation est difficile car on peut comparer la terre à un oignon. Elle possède différentes couches et les océans sont une pellicule très fine. (Cf schéma). A l’échelle d’une orange, l’Everest s’élèverait à 0,1 mm…Ce qui donne une idée de l’épaisseur de la croûte terrestre.
3.2 la composition chimique de la terre a un rôle essentiel dans son fonctionnement
La terre est composée d’éléments chimiques essentiellement de l’oxygène, du fer du silicium du magnésium et de l’aluminium, qui se répartissent comme suit.
- La croûte terrestre se compose essentiellement de silicium et d’aluminium d’où son nom SIAL
- Le manteau est composé d’éléments naturels qui le rendent radioactif : c’est un réacteur nucléaire naturel.
- Dans le noyau se trouve du Fer et du Nickel qui sont des conducteurs d’électricité.
Le noyau solide baigne dans un noyau liquide. Le flux de chaleur produit par le noyau solide (graine) met le liquide en mouvement ce qui produit du courant électrique. En circulant ce courant électrique va produire un champ magnétique du pôle nord au pôle sud magnétique (proche du pôle nord et du pôle sud géographique). Le champ magnétique est produit par le courant électrique du noyau.
La masse de la terre ajoutée ; tout cela produit des effets d’entraînement des satellites (lune/terre)
Le soleil chauffe à 6000° en surface et en son milieu à 10 à 15 millions de degrés. Au-dessus du soleil la couronne solaire (que l’on aperçoit lors d’éclipses) chauffe à quelques millions de degré, mais n’a pas la même quantité de matière que le soleil puisqu’elle est gazeuse.
- Le champ magnétique est important car il protège l’atmosphère sous la forme d’un écran protecteur contre les particules en provenance du cosmos, des rayons solaires en particulier, il permet donc la vie sur terre, il guide les oiseaux lors de leurs migrations.
Résumé : La vie sur l’écorce est composée de Silicium et Aluminium = SIAL
La vie sous-marine de silicium et de magnésium = SIMA
3.3 Un peu de chimie pour comprendre la matière qui compose la terre, qui a présidé à sa formation et dont découle son fonctionnement.
- La matière est composée de molécules, elles-mêmes composées d’atomes composés eux, de neutrons et de protons. Il existe 90 éléments naturels sur terre plus quelques-uns artificiels. Ce sont ces compositions qui vont définir la nature des différentes zones de la terre. Dans la croûte terrestre, il y a plus ou moins de pression, plus ou moins de chaleur ce qui implique que les différentes couches sont plus ou moins agglomérées.
Comment s’assemblent les atomes d’un minéral ?
Il existe 3 principaux états de la matière (gazeux, liquide ou solide) qui constitue notre environnement. On se rend compte que ce qui caractérise l’état est la configuration des atomes, et leur relative liberté de mouvement. Cette liberté de mouvement des atomes peut être contrôlée par la pression, le volume et la température (différentes zones de la terre).
Les solides eux-mêmes sont plus ou moins ordonnés : amorphe, vitreux, cristallins. Un solide cristallin est caractérisé par sa température de fusion. Un solide amorphe ou vitreux est un solide non cristallin qui peut être considéré comme un liquide figé.
Les atomes se sont assemblés pour donner les différentes matières qui composent la terre.
- LES SEISMES
4.1 Définition
Les séismes se déclenchent dans des zones où le sous-sol présente des fractures appelées failles. Au niveau de ces failles, les roches accumulent de l’énergie sous l’effet de contraintes ou d’un frottement brusque entre deux ensembles de roches de la croûte terrestre, tout ceci de part et d’autre d’une faille. Quand cette énergie est libérée, les roches glissent les unes contre les autres. Des ondes sismiques sont émises, qui mettent le sol en mouvement : c’est un séisme.
La magnitude est une échelle qui représente l’énergie libérée par le séisme sur l’échelle de Richter, du nom d’un de ces inventeurs. Un séisme sous-marin peut être à l’origine d’un tsunami.
4.2 Il existe plusieurs types de séismes :
- Séismes volcaniques (en lien avec les volcans)
- Séismes glaciaires (polaire)
- Séismes artificiels (dont l’origine sont les trous faits par l’homme exemple : la recherche de pétrole) l’industrie humaine crée des tensions.
Les séismes peuvent être d’origine naturelle (tectonique ou volcanique) ou d’origine artificielle. Les séismes d’origine tectonique sont causés par le mouvement des plaques tectoniques. Ce sont les séismes les plus fréquents et les plus dévastateurs.
4.3 Origine des séismes
- Le long d’une faille on assiste à un glissement des blocs situés de chaque côté de cette faille.
- Glissement longitudinal (Cf coulissant)
- Glissement compressif (va obliger un bloc à passer sur l’autre)
- Glissement extensif (va éloigner les deux blocs)
4.4 Echelle de Richter et échelle de magnitude pour évaluer la puissance des séismes
- Deux paramètres sont utilisés pour évaluer la puissance d’un séisme : la magnitude et l’intensité. Pour ne pas confondre… : la magnitude permet de quantifier l’énergie libérée par un séisme (échelle de magnitude), tandis que l’intensité est définie en fonction des dommages humains et matériels que le séisme a engendrés en surface. (Échelle de Richter).
4.5 séismes les plus forts
- Aucun rapport entre la force du séisme et le nombre de victimes.
On peut ainsi établir un tableau des séismes les plus forts et un tableau des séismes les plus meurtriers. Ces deux tableaux ne coïncident pas car les séismes de très grosse puissance se passent sous les océans et de ce fait font moins de victimes.
- Aucun rapport entre la force du séisme et le nombre de victimes.
4.6 pourquoi sont-ils meurtriers ?
- Plus les lieux sont concentrés en population plus il y a de victimes du fait des effondrements d’immeubles et des tsunamis provoqués par la propagation des ondes.
Comme la lumière qui se réfléchit, les ondes sonores se propagent par réflexion ou par réfraction.
La propagation des ondes sonores dans l’atmosphère est un phénomène complexe qui peut être affecté par toute une série d’éléments comme par exemple la topographie du terrain, la nature du sol ou les caractéristiques atmosphériques.
Un milieu solide est plus dense qu’un milieu liquide et qu’un milieu gazeux, le son se propagera donc plus vite. Dans l’eau elles sont à la fois réfléchies et réfractées, l’eau permet l’arrivée de plusieurs sons. Au fur et à mesure que l’on s’éloigne de l’hypocentre d’un séisme les perturbations s’atténuent.
4.7 le sismographe : « stéthoscope du géologue »
Le sismoscope de Zhang Heng, (« girouette des mouvements de la Terre ») est un sismoscope présenté par le savant chinois Zhang Heng en 132. Précurseur du premier sismographe inventé en 1703 par le physicien français Jean de Hautefeuille, cet appareil mettait en évidence les mouvements du sol et leurs directions mais sans pouvoir les quantifier.
- Plus le milieu est dense plus le son va vite.
Dans un premier temps, grâce à l’enregistrement sur un même sismographe de deux trains d’ondes, un géophysicien yougoslave Mohorovicic a permis de mettre en évidence différentes couches de la terre. Les discontinuités observées entre les deux trains d’ondes marquent la limite entre la croûte terrestre et la limite supérieure de manteau du fait de la variation de la composition chimique des matériaux rencontrés qui propagent les ondes différemment.
Puis dans un second temps, avec Gutenberg c’est la vitesse de propagation des ondes qui augmente le long du manteau puis chute brutalement lorsqu’elles passent d’un état solide (manteau) à un état liquide (noyau). Mettant en évidence les zones du manteau inférieur et le noyau.
- C’est ainsi que l’on a pu délimiter les différentes zones qui composent la terre.
4.8 Changer de point de vue
Les séismes ne sont pas répartis au hasard à la surface de la Terre. Ils se produisent principalement : dans les chaînes de montagnes, près des fosses océaniques et le long de l’axe des dorsales. La ceinture de feu du pacifique va pouvoir être mise en évidence grâce à Alfred WEGENER : Les séismes et les volcans s’accumulent aux mêmes endroits.
4.9 Alfred WEGENER
Cet astronome et météorologue allemand (1880-1930) nous fait changer de paradigme (de point de vue). Sa théorie reposait sur de nombreux arguments appartenant à des champs disciplinaires variés. Il est le père de la dérive des continents.
Wegener appuie la théorie de la dérive des continents sur des arguments géographiques. Il observe des tracés complémentaires entre les côtes de l’Afrique et de l’Amérique du Sud.
Sur la base de la mise en relation de différentes observations (forme des continents, présence de fossiles), La datation des roches sur les différents continents représente un argument géologique. Les roches retrouvées en Alaska et dans les pays nordiques, aux États-Unis et en Afrique de l’Ouest par exemple, présentent le même âge.
En paléontologie, des fossiles retrouvés sur plusieurs continents sont pour Wegener un argument de la théorie. Des espèces d’animaux et de végétaux identiques sont retrouvés en Afrique et en Amérique du Sud.
Wegener conçut alors l’idée que les continents proviendraient de la cassure dans un passé lointain d’un seul continent (il y a 200 millions d’années), dont les morceaux s’écartent lentement.
On lui doit le concept et le nom de Pangée. Il décrit la Pangée comme rassemblant la quasi-totalité des terres émergées, qui ont existé de la fin du Carbonifère au début du Permien, il y a 290 millions d’années. La théorie de Wegener fut rejetée par les géologues de l’époque. C’est seulement 40 ans plus tard que des géophysiciens démontrèrent que la dérive des continents était due à la tectonique des plaques et que la théorie de Wegener fut vérifiée et admise.
On découvre aussi qu’il existe 2 pôles Nord et 2 pôles Sud (un géographique et un magnétique). Pour preuve, dans le magma des volcans (plus profond et plus ancien que la croûte terrestre) on s’aperçoit qu’il existe des indices de l’inversion des pôles. Les continents dérivent parce qu’ils s’écartent et les inversions s’impriment quand le magma se solidifient. On sait dater ces couches.
4.10 Les plaques tectoniques
Depuis la fin des années 1960, nous savons que ce ne sont pas les continents qui se déplacent mais les plaques lithosphériques. Ces dernières sont constituées de continents et d’océans. Fin 1960, le concept du « double tapis-roulant océanique » conforte la théorie de la tectonique des plaques. La répartition des séismes et du volcanisme permet de délimiter à la surface de la Terre une quinzaine de plaques lithosphériques limitées par des zones actives ;
La lithosphère, coque externe rigide de la Terre constituée de la croûte et d’une partie du manteau supérieur, est subdivisée en plaques, dites tectoniques ou lithosphériques. Quinze plaques majeures ont été identifiées. Ces plaques ont des mouvements relatifs variés, ce qui génère entre elles différents types de frontières : convergentes, divergentes ou transformantes. Au niveau de ces frontières se produisent de nombreux phénomènes géologiques tels que les séismes, l’activité volcanique, la formation de chaînes de montagnes et celle de fosses océaniques.
Ces mouvements relatifs forment la croûte océanique mais aussi par l’expansion de la croûte océanique, la formation de chaînes de montagnes (Himalaya, Alpes) ou comme au Japon suite aux séismes qui se produisent en profondeur le long d’une faille : naissance à des îles en chapelet que l’on appelle arcs insulaires.
CONCLUSION
La terre n’est pas immuable, même si on ne le perçoit pas à l’échelle de notre vie : Elle est en mouvement continuel et on ne peut savoir ce qu’il adviendra dans 50 millions d’années… La vitesse du mouvement relatif de deux plaques voisines varie entre 0 et 100 mm/an.
Beaucoup de mouvements sont sous-marins. Les séismes et les volcans sont des manifestations de ces mouvements. Ils témoignent de l’activité interne de la Terre. Leur répartition à la surface de la planète apporte des informations sur la structure externe de la Terre et donc sur son fonctionnement.
Nous apprenons à les connaître, à les prévoir pour en préserver le plus de personnes possibles mais il reste encore beaucoup à découvrir.
Compte-rendu réalisé le 7/2/24
Les illustrations sont tirées de wikipédia et de la conférence.