<p>La discontinuit&eacute; de Gutenberg d&eacute;finit classiquement la limite situ&eacute;e entre le <a href="http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/actu/d/geologie-champ-magnetique-explique-rotations-noyaux-terre-49028/" title="Le champ magn&eacute;tique explique les rotations des noyaux de la Terre">noyau terrestre</a> et le [popupdefinition id=2495]manteau[/popupdefinition], &agrave; environ 2.900 km de profondeur. Les [popupdefinition id=13869]ondes sismiques[/popupdefinition] circulant dans notre plan&egrave;te y changent subitement de [popupdefinition id=324]vitesse[/popupdefinition] lorsqu'elles passent au travers, ce qui lui a valu le nom de discontinuit&eacute;. Cela est d&ucirc; au fait que le noyau externe est [popupdefinition id=15334]liquide[/popupdefinition].</p><h2><strong>Les deux discontinuit&eacute;s de Gutenberg</strong></h2><p>Elle ne doit pas &ecirc;tre confondue avec l'<a href="http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/actu/d/geologie-pacifique-manteau-terrestre-nous-livre-nouveau-secret-37665/" title="Pacifique : le manteau terrestre nous livre un nouveau secret">interface lithosph&egrave;re-asth&eacute;nosph&egrave;re</a> (entre 35 et 120 km de profondeur), elle aussi surnomm&eacute;e... discontinuit&eacute; de Gutenberg.</p><p>Ces deux interfaces ont &eacute;t&eacute; identifi&eacute;es par le m&ecirc;me [popupmetier id=63]sismologue[/popupmetier], l'Allemand Beno Gutenberg.</p>

Noyau terrestre

Onde sismique

Limite géologique

Interface lithosphère-asthénosphère

Sismologue

Beno Gutenberg

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L’asthénosphère représente la partie la plus ductile, la plus faible d’un point de vue mécanique, du manteau terrestre. Elle est localisée directement sous la lithosphère, qui se définit comme un ensemble plus rigide comprenant la croûte et la partie supérieure du manteau. Les limites de l’asthénosphère sont principalement définies sur des critères physiques (en particulier les vitesses des ondes sismiques) et non chimiques.Coupe de la Terre montrant les principales enveloppes. © Volcan26, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0Une zone à faibles vitesses sismiquesL’asthénosphère représente une partie du manteau supérieur. Ses limites ne sont pas associées à des changements de composition minéralogique mais à des changements de propriétés physiques et mécaniques. En effet, la limite supérieure de l’asthénosphère, correspondant à l’isotherme 1.300 °C, marque également le sommet d’une zone à faibles vitesses sismiques, encore appelée LVZ pour Low Velocity Zone. Cette zone s’étend donc de la limite lithosphère-asthénosphère, en moyenne à 100 km de profondeur, jusqu’à 235 km. Cette diminution très rapide de la vitesse des ondes sismiques dans la partie supérieure de l’asthénosphère est associée aux conditions de température et de pression qui règnent à ces profondeurs. En effet, au-delà de 1.300 °C, les péridotites (roches du manteau) commencent à fondre. Cette fusion très partielle (1 % de liquide seulement) du matériel mantellique engendre un ralentissement des ondes sismiques mais également un changement de comportement mécanique.Profil de température dans le manteau illustrant la zone de fusion partielle à l'origine de la zone à faible vitesse (LVZ). © Steven Earle, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0Un comportement ductile favorisant la tectonique des plaquesEn comparaison avec la lithosphère, qui est considérée à grande échelle comme rigide et cassante, ce début de fusion partielle dans la partie supérieure de l’asthénosphère entraine un important changement rhéologique. Le manteau asthénosphérique devient ainsi ductile et très facile à déformer, en particulier par fluage. Le contraste rhéologique qui a lieu entre la lithosphère et l’asthénosphère engendre un découplage mécanique entre ces deux zones. Les plaques lithosphériques rigides peuvent ainsi « bouger » au-dessus de l’asthénosphère qui se déforme de façon plastique par un processus nommé « fluage par diffusion ». Cette particularité mécanique est essentielle pour la tectonique des plaques.Des chercheurs ont modélisé les mouvements des plaques tectoniques lors du dernier milliard d'années. © Sabin Zahirovic, géologue et coauteur de cette étude.Limite inférieure de l’asthénosphèreContrairement à la limite supérieure de l’asthénosphère (communément appelée LAB pour Lithopshere-Asthenosphere Boundary) qui bénéficie d’un relatif consensus, la limite inférieure de l’asthénosphère est mal définie et plusieurs interprétations existent au sein de la communauté scientifique. Pour certains, l’asthénosphère se définit suivant un critère mécanique et se résume à la zone de manteau ductile subissant le processus de fusion partielle. Dans ce cas, l’asthénosphère coïncide avec la zone de faible vitesse (LVZ) et sa limite inférieure se situe autour de 220-235 km de profondeur. La limite inférieure de la LVZ correspond à la profondeur à laquelle le géotherme repasse sous le solidus des péridotites. Autrement dit, les conditions de pression font qu’au-delà de 220 km, il n’est plus possible de fondre le matériel mantellique malgré l’augmentation de la température. Le manteau devient plus résistant et les vitesses des ondes sismiques augmentent rapidement.D’autres définitions se basent sur la vitesse des ondes sismiques ainsi que sur la structure minéralogique du manteau et placent la base de l’asthénosphère beaucoup plus profondément, vers 670 km. Deux sauts de vitesse sont en effet observés en-dessous de la LVZ. Une première augmentation de la vitesse des ondes sismiques a lieu vers 400 km de profondeur et une seconde vers 670 km. Ces profondeurs correspondent à des changements ou réarrangements dans la structure cristalline des minéraux. La zone située entre 400 et 670 km correspond à une zone de transition où les atomes constituant les cristaux d’olivine (Si, O, Fe, Mg) tendent à former une structure minéralogique plus dense de type spinelle. En fait, on assiste à tout une série de transition de phase minéralogique de sorte qu'au fur et à mesure que la pression augmente avec la profondeur les phases silicatées majeures du manteau terrestre supérieur deviennent respectivement olivine, wadsleyite, ringwoodite, (Mg,Fe)2SiO4. Au-delà de cette zone de transition, vers 670 km, la structure de l’olivine se réarrange encore une fois en un réseau encore plus dense pour pour le manteau supérieur, et bridgmanite, (Mg,Fe)SiO3, pour le manteau inférieur. Pour certains scientifiques, c’est ce dernier changement qui marquerait la limite asthénosphère-manteau inférieur et l’entrée dans la mésosphère.Bloc "Le saviez-vous ?" 

Asthénosphère

Les ondes sismiques correspondent aux ondes élastiques qui se propagent à la surface et à l’intérieur de notre planète à la suite d'un séisme.
Elles apparaissent lorsqu’une impulsion de départ met en...

Le sismologue est un scientifique spécialisé en géophysique, chargé d’étudier la propagation des ondes sismiques à l’intérieur de la Terre. Il analyse les mouvements sismiques afin de connaître leur o...

Le manteau terrestre correspond à la partie du globe terrestre située entre la croûte et le noyau. Il s'étend donc entre 5 à 30 km (selon la nature de la croûte terrestre, continentale ou océanique) e...

La lithosphère représente l’enveloppe solide externe de la Terre. Elle se compose de la croûte (continentale ou océanique) ainsi que de la partie supérieure du manteau. De composition variable, elle se différencie de l’asthénosphère sous-jacente en plusieurs points.Composition des lithosphères continentale et océaniquePremièrement, il faut différencier la lithosphère océanique de la lithosphère continentale. Cette différenciation est principalement due au fait que les croûtes continentales et océaniques présentent des compositions minéralogiques très différentes.La croûte continentale, qui représente la partie supérieure de la lithosphère continentale, est majoritairement composée de roches magmatiques acides, comme les granites. La croûte océanique, qui représente quant à elle la partie supérieure de la lithosphère océanique, est majoritairement composée de roches magmatiques dites basiques, comme les basaltes et les gabbros. La lithosphère se compose de la croûte terrestre et d'une partie du manteau supérieur. Ces deux parties sont séparées par la discontinuité de Mohorovičić (Moho). Elle descend à de plus grandes profondeurs sous les croûtes continentales. Les valeurs indiquées par les d donnent les densités. © Université de LavalCependant, la différenciation entre lithosphères continentale et océanique peut également être considérée du point de vue de la composition du manteau supérieur. Le manteau lithosphérique sous-continental est appauvri en certains éléments chimiques en comparaison du manteau lithosphérique océanique, dont la composition est proche de celle du manteau primitif.Température et épaisseur de la lithosphèreContrairement au Moho, qui représente l’interface croûte/manteau et qui est caractérisé par une différence de composition minéralogique majeure, la base de la lithosphère se définit suivant l’isotherme 1.300 °C. La limite entre la lithosphère et l’asthénosphère (enveloppe mantellique sous-jacente) ne représente donc pas un changement de composition, mais un changement dans le comportement rhéologique du manteau qui s’effectue à cette température. On considère que l’épaisseur moyenne de la lithosphère continentale est d’environ 100 kilomètres et celle de la lithosphère océanique de 70 kilomètres.Cette épaisseur peut néanmoins varier significativement en différents points du globe suivant la température du manteau : dans les régions à manteau « froid », comme les vieilles croûtes continentales (cratons), la lithosphère sera ainsi plus épaisse, pouvant atteindre 200 kilomètres, alors que dans les zones à manteau « chaud », la lithosphère peut être extrêmement fine. Au niveau des dorsales océaniques par exemple, là où se forme la lithosphère océanique, la lithosphère n’est épaisse que d’une dizaine de kilomètres ! En sciences de la Terre, la température est généralement intimement liée à l’âge, ce qui explique pourquoi la lithosphère océanique s’épaissit graduellement en se refroidissant, en allant de la dorsale (où elle est créée) jusqu’aux zones de subduction ou aux marges continentales. En se refroidissant et en s’épaississant, la lithosphère océanique voit sa densité augmenter et elle a tendance à s’enfoncer graduellement. Le socle océanique est ainsi plus profond dans les zones les plus vieilles et moins profond au niveau des dorsales.Tectonique et plaques lithosphériquesSi dans l’inconscient collectif, la tectonique des plaques se résume généralement à des continents flottants comme des bateaux sur un manteau animé de courants, la réalité est plus subtile. C’est en effet l’ensemble croûte + manteau lithosphérique qui bouge au-dessus du manteau asthénosphérique, grâce aux lois rhéologiques qui régissent le comportement mécanique des roches. Ces lois rhéologiques sont d’ailleurs intimement liées à la pression et à la température. Dans la théorie de la tectonique des plaques, on parle ainsi de plaques lithosphériques, rigides, qui bougent au-dessus de l’asthénosphère. Ces mouvements sont possibles grâce à la différence de comportement rhéologique entre la lithosphère et l’asthénosphère. Si la lithosphère est plutôt rigide à grande échelle, l’asthénosphère a un comportement plus ductile qui permet la mise en place de grandes cellules de convection.

Lithosphère

Le noyau terrestre constitue le cœur de notre planète, puisqu’il se situe en son centre. Il débute sous la discontinuité de Gutenberg, à 2.885 km de profondeur, et se divise en deux parties.
Un noyau terrestre divisé en deux couches
De nature liquide, le noyau externe (densité de 10) se compose de 80 à 85 % de fer, le reste étant constitué d’éléments plus légers qui restent à déterminer en détail. On estime cependant qu’il devrait au moins y avoir du soufre et du silicium, en plus de 5 % de nickel (qui est, lui, plus dense que le fer). La matière en fusion y est en mouvement (il fait plus de 4.000 °C à cette profondeur). Elle génère ainsi, par effet dynamo, le champ magnétique terrestre.
Pour sa part, le noyau interne (densité de 13) est solide. Il se compose à 80 % de fer et à 20 % de nickel. En 2013, sa température a une nouvelle fois été estimée par des méthodes expérimentales. Elle devrait se situer entre 3.800 °C et 5.500 °C. La graine, l’autre nom du noyau interne, serait elle aussi en mouvement. Elle tournerait même, sous l’action du champ magnétique terrestre, plus vite que le reste de la planète. On parle de rotation différentielle.

Avec notamment l’état solide et l’état gazeux, l’état liquide fait partie des différents états de la matière. Dans l’état liquide, ions, atomes ou molécules sont faiblement liés les uns aux autres. De...

Liquide

La vitesse est le rapport d'une longueur par un temps. Son unité du système international est le mètre par seconde (m.s-1).
La vitesse ayant une direction et une intensité est représentée par un vect...

Discontinuité de Gutenberg : qu'est-ce que c'est ?

Les deux discontinuités de Gutenberg