TP-TD1 : la croûte continentale et ses réajustements

4810,40 m ! Le Mont blanc grandit ! (annoncé dans les médias en 2011). Les géomètres ont de nouveau mesuré en 2013 : 4810,02 m et donc, non il dimminue  !  Cette campagne de mesure a lieu maintenant tous les 2 ans, et le 10 septembre 2015 l’annonce est tombée : 4 808,73. Certains géologues annoncent que les Alpes ne sont plus en croissance, mais plus en diminution avec une érosion plus rapide que la croissance. Mais qu’en est-il  vraiment ? Cette question fait encore débat, mais ce qui importe dans notre étude, c’est de comprendre comment on limite la croûte continentale, quelle est son épaisseur et comment elle réagit en cas d’érosion ou de croissance ?

I – Epaisseur de la croûte continentale

On se propose de comparer l’altitude dans le massif central et dans les Alpes ainsi que l’épaisseur de la croûte continentale au sein de ces deux massifs montagneux.

A- Déterminer la profondeur du Moho.


A partir des documents 1 à 3, et du théorème de Pythagore démontrer que :


Doc 1 : Quelques caractéristiques des séismes

Un séisme correspond à la rupture brutale de roches soumises à des tensions (ou contraintes d’origine interne) qui s’accumulent pendant des années voire des siècles. Les roches soumises à ces contraintes répondent par une déformation élastique. Lorsque les tensions dépassent le seuil d’élasticité de la roche, survient une rupture des roches au niveau du foyer (hypocentre) ce qui permet la libération de l’énergie accumulée, sous forme de chaleur et de vibrations.

L’énergie ainsi libérée est transmise sur de très grandes distances par des vibrations ou ondes sismiques qui se propagent dans toutes les directions à partir du foyer.

L’épicentre est le point à la surface du sol situé à la verticale du foyer, ce point reçoit le premier les ondes sismiques. Les ondes P et S se transmettent en profondeur mais non aucune conséquences en surface. Seules les ondes L occasionnent des dégâts sur les infrastructures humaines.

Il est possible d’enregistrer les ondes sismiques grâce à des sismomètres : les tracés obtenus sont appelés sismogrammes.

Doc 2 : détermination de la distance parcourue par des ondes P

Sur certains sismogrammes, on voit non seulement les ondes P et S mais également un deuxième train d’ondes P, les ondes PMP, qui se sont réfléchies sur la discontinuité de Mohovicic (Moho).

Distance parcourue par les ondes P réfléchies

Doc. 3 : Trajet des ondes P directes et PMP réfléchies sur le MOHO

Besoin d’un coup de pouce ? cliquer ici

B- Comparer des profondeurs du Moho.

  1. Utiliser le logiciel Sismolog et la feuille de calcul « TP2calcul » (prête à être utilisée) pour déterminer la profondeur du Moho dans les Alpes au niveau du point de réflexion des ondes P.

Chaque binôme ne travaille successivement que sur deux sismogrammes.

A l’aide du logiciel Sismolog : 

  1. Ouvrir le sismogramme que vous allez analyser
  2. Déterminer le δ t 
  3. Trouver l’information concernant la profondeur du foyer.

 A l’aide de la feuille de calcul (ouvert avec libreoffice qui fonctionne comme openoffice) :

  1. Depuis libreoffice, ouvrir la feuille de calcul selon indications du professeur
  2. Compléter les cases avec les données que vous avez relevées
  3. Noter les résultats.
  4. Compléter le document fourni avec vos résultats et ceux de vos camarades. 
  5. Utiliser le logiciel Google Earth  pour comparer l’altitude et l’épaisseur de la croûte continentale au sein des deux massifs montagneux.
  6. Depuis le logiciel Google Earth : ouvrir le fichier TP2.kmz (indications de localisation du fichier données par le professeur).
  1. Dans la fenêtre Calques/Données géographiques : tout décocher. Cliquer dans la barre d’outils sur Affichage : décocher « surface de l’eau » et « atmosphère ». Cliquer sur le petit triangle qui est devant Search et Calques : les deux fenêtres se réduisent laissant plus de place pour la fenêtre Lieux qui est la zone de travail.
  1. Réaliser le profil topographique d’ouest en est (bassin d’Aquitaine – Massif Central – vallée du Rhône – Alpes – Plaine du Pô). Pour cela :
  • Afficher Cartes topographique et bathymétrique
  • Cliquer sur l’icône
     ou dans la barre d’outils : Outils/Règle
  • Tracer une ligne de gauche à droit à l’endroit choisi : double cliquer sur le point de départ puis déplacer la souris
  • Dans la fenêtre « Règle » : cliquer sur enregistrer. Une fenêtre « Nouveau trajet » s’affiche : donner un nom à votre tracé et dans l’onglet « Altitude » choisir au niveau du sol.
  • Dans la barre d’outils : Edition/Afficher le profil d’élévation : le profil topographique apparaît alors.

           En déplaçant la souris le long du profil topographique, vous aurez accès à l’altitude en un point donné.

  1. Afficher la carte «épaisseur de la croûte continentale». 

II – Augmentation ou diminution de l’épaisseur de la croûte continentale

Expliquer les différences observées à l’aide des documents 1, 2 et 3.

Remarque : dans le cas étudié, l’épaisseur du manteau lithosphérique reste la même.

Document 1

L’érosion (du latin erodere, ronger) regroupe l’ensemble des phénomènes externes qui, à la surface du sol ou à faible profondeur, enlèvent tout ou partie des terrains existants et modifient le relief.

Les facteurs d’érosion sont : le climat, la pente, les propriétés physico-chimiques des roches, la couverture végétale (son abondance, sa nature) et l’action de l’homme (pratiques agricoles, urbanisation…) 

Deux principaux types de mécanismes entrent en jeu, dont le plus souvent les effets s’additionnent : 

  • des processus chimiques : il s’agit d’altération et de dissolution par les eaux
  • et des processus physiques (ou mécaniques) : désagrégation des roches et enlèvement des débris par un fluide, d’où la distinction entre les érosions éoliennes, fluviatiles, glaciaires, marines… 

Ces processus produisent des débris solides (sédiments) et des ions dissous.

D’après http://eduterre.ens-lyon.fr

Document 2

L’isostasie est un modèle qui a été élaboré par des géophysiciens du XIXème siècle sur la base d’études de fines variations de la gravité terrestre. Ce modèle propose qu’un équilibre – dit isostasique – est réalisé entre la coupe superficielle et rigide qu’est la lithosphère et la couche profonde plus déformable et plus dense qu’est l’asthénosphère : la lithosphère « flotte » sur l’asthénosphère. Cet équilibre isostatique est provisoirement rompu lorsqu’une surcharge se met en place ou disparaît.

Les lois de l’isostasie sont « simplement » une application du principe d’Archimède.

Document 3 

Animation : http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/topography/isostasy.swf

Densité moyenne de la croûte continentale : 2.7   Densité moyenne du manteau : 3.3