Les différentes couches de la terre
C’est par l’étude des ondes sismiques que l’on a pu caractériser les grandes discontinuités de la planète et définir les grandes enveloppes de la Terre, avec la loi suivante : « une variation brutale et importante de la vitesse d’une onde sismique est une indication d’un changement de milieu donc de couche» Ainsi, on a pu identifier les différentes couches de la terre, dont les principales sont : la croûte terrestre, le manteau et le noyau – La croûte terrestre est limitée à environ 30 km sous les continents « croûte continentale » et 6 km sous les océans « croûte océanique ». C’est une couche externe solide ; elle représente 1,5% du volume de la terre et la limite inférieure de la croûte est appelée discontinuité du Moho. – Au-dessous se situe le manteau terrestre, constitué d’un manteau « supérieur » plastique entre 30 et 700 km de profondeur, et d’un manteau « inférieur » solide entre 700 et 2900 km de profondeur ; l’épaisseur du manteau est de 2870 km. La frontière entre les deux manteaux est appelée la zone de transition et se situe à 660 km de profondeur. Elle constitue 81 % du volume de la terre – Au-dessous du manteau terrestre se trouve le noyau, lui aussi divisé en noyau externe qui est liquide, de 2900 à 5100 km de profondeur, et la graine ou noyau interne qui est solide, entre 5100 et 6371 km de profondeur. Son épaisseur est de 3471 km et constitue 17% du volume de la terre. La discontinuité manteau-noyau est appelée la couche D. 5 Figure 1 : Structure interne de la terre
Origine de la chaleur de la terre
La figure ci-dessous nous montre une coupe de la terre avec des températures qui sont données en degrés Celsius en fonction de la profondeur à titre indicatif. Ne pouvant être mesurées directement mais uniquement déduites, elles sont approximatives. Source : http://perso.ens-lyon.fr/stephane.labrosse/sites/default/files/PDF/chaleur-trans.pdf 6 Figure 2 : Dimensions respectives des différentes couches de la Terre et températures approximatives qui y règnent – La chaleur initiale accumulée dans le globe lors de la formation de la terre représente environ 25% de la chaleur interne. – La radioactivité représente 75% de l’énergie interne. Elle est due à la désintégration d’éléments chimiques radioactifs instables présents dans les différentes enveloppes de la Terre comme l’uranium (238U et 235U), le thorium (232 Th) et le potassium (40K). Leur désintégration produit de l’énergie thermique : 9,94.10-5 W. Kg-1 pour 238U et 235U réunis; 2,69.10-5 W. Kg-1 pour 232 Th ; 2,79.10-5 W. Kg-1 pour 40K (1W= 1 J.s-1). Cette source d’énergie interne est inépuisable à l’échelle de l’humanité.
Conductivité thermique et production de chaleur de quelques roches
La conductivité thermique et la production de chaleur varient selon le type de roche. Quelques valeurs sont données ci-dessous, à titre d’information, mais ne représentent en aucun cas des valeurs moyennes.
Conductivité thermique du sol
La conductivité thermique d’un sol dépend de sa composition mais également de la disposition et de la forme de ses particules constitutives, des liaisons entre ces particules ainsi que de sa teneur en eau. Le sol sera d’autant plus conducteur de chaleur qu’il sera humide. La conductivité thermique d’un sol peut donc varier dans le temps, notamment en fonction des évolutions de sa teneur en eau dues aux variations climatiques et aux changements de saison. Le graphe ci-dessous décrit la conductivité thermique des différents types de sol suivant leur teneur en eau .
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