Via l’activité volcanique, il est possible de se faire une idée de la structure du globe terrestre jusqu’à une profondeur d’environ 100 km. Au-delà, il faut avoir recours à des techniques indirectes comme la mesure de la vitesse de propagation des ondes sismiques.

Qu’y a-t-il sous nos pieds ?

Le diagramme ci-dessus représente la vitesse des ondes sismiques P et S et de la densité du globe en fonction de la profondeur terrestre. La surface de la Terre se trouve située à 0 km de profondeur, tandis que le centre de la planète se trouve à 6 371 km. La plupart des modèles pour interpréter les vitesses des ondes sismiques font l’approximation d’une Terre parfaitement symétrique. Ceci permet de prévoir les temps de propagation des ondes P avec une erreur de seulement quelques secondes. Ceci pour un trajet traversant toute la planète.

Plusieurs grandes régions se caractérisent ainsi par une vitesse qui augmente de manière régulière avec la profondeur : manteau interne, noyau externe et noyau interne. Cet accroissement est un effet direct de la pression sur la vitesse des ondes sismiques. Ceci montre que ces régions ont une composition uniforme. La partie superficielle du manteau terrestre est quant à elle différente. Elle se caractérise par des changements brutaux des vitesses de propagation.

Le manteau terrestre

Le manteau est en fait séparé en deux régions : manteau externe et manteau interne. Ceci se déduit du niveau d’hétérogénéité des vitesses. La région allant de 400 km à 1 000 km de profondeur, s’appelle la zone de transition. Elle affecte très fortement les ondes sismiques qui sont réfléchies à ce niveau. Dans cette zone de transition, les minéraux qui constituent le manteau sont des roches silicatées. Elles se transforment sous l’effet de la pression pour former des arrangements denses et compacts. Ceci augmente leur module de Young, produisant ainsi un accroissement de la vitesse des ondes.

Le graphite que l’on trouve dans les mines de crayon et les diamants sont les deux types communs de structures à base d’atomes de carbone. Ces deux formes allotropes se réarrangent l’une dans l’autre sous différentes conditions. Les diamants ont ainsi besoin d’une forte pression. Ils sont donc synthétisés à 150-200 km de profondeur avant d’être ramenés à la surface de la Terre via l’activité volcanique. En revanche, à plus faible pression, c’est le graphite qui se forme.

Les deux plus grands contrastes de propriétés se trouvent près de la surface, à la limite entre le noyau et le manteau. C’est le manteau qui présente le contraste le plus fort. D’autres contrastes marqués existent comme la frontière entre le noyau interne et le noyau externe. Ici, c’est le passage de l’état liquide (pas de propagation des ondes S) à l’état solide entraîne une augmentation de vitesse.