Article | 15/03/2002
Vitesse des ondes P et structure du globe
15/03/2002
Résumé
Calcul de la vitesse des ondes P dans les différentes couches de la Terre, évolution des différents paramètres avec la profondeur.
Question
Objet : Vp dans le noyau Date : Ven, 15 Fév 2002 15:01:36 De : d.c.
« Pourquoi la vitesse des ondes P est-elle plus faible à 5 100 km de profondeur qu'à 2 900 km alors qu'elle est normalement plus élevée dans le fer ? »
Réponse
Résumé. Attention à ne pas essayer de comparer deux matériaux qui ne sont pas à la même pression, pas à la même température et qui sont différents chimiquement et minéralogiquement ! C'est une subtile combinaison entre les paramètres physiques (Κ, μ et ρ) du manteau et du noyau qui donne la valeur des vitesses sismiques Vp : il est ainsi un peu difficile de savoir "intuitivement" comment varie Vp entre deux matériaux (manteau et noyau)...
La vitesse des ondes P est donnée par la formule :
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avec Κ = module d'incompressibilité ; μ = module de cisaillement ; ρ = masse volumique.
Physiquement, on peut comprendre la position de ces 3 paramètres dans la formule.
- Plus un corps est difficile à comprimer (Κ grand), plus il se détend vite, et plus l'onde se propage vite (un ressort dur se détend plus vite qu'un ressort mou).
- Plus un corps est difficile à déformer élastiquement (μ grand), plus il revient vite à sa position initiale (une lame d'acier difficile à tordre revient vite à sa position initiale quand on la relâche...).
- Plus un corps est dense, plus il est difficile à mettre en mouvement : l'onde se propage alors moins vite.
Pour le fer solide et la péridotite solide, les valeurs numériques de ces 3 paramètres sont telles que la vitesse des ondes P est de 14 km/s à la base du manteau (2900 km), alors qu'elle est de 11 km/s au sommet de la graine (5100 km).
Dans le fer liquide du noyau externe, où μ est très petit, la vitesse est comprise entre 8 et 10 km/s.
Quand on s'enfonce, la masse volumique des matériaux augmente (en particulier parce que la pression augmente), et donc la vitesse des ondes devrait diminuer. Mais lorsque la pression augmente, Κ et μ (au numérateur) augmentent plus que ρ. Ainsi, pour un même matériau, la vitesse Vp augmente avec la profondeur.
