Machine Terre (vol.2)
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1. cro te manteau noyau Cependant au cours des ann es 60 la g ologie a fait sa r volution gt et la th orie de la tectonique des plaques s est vite impos e Elle nous oblige prendre conscience que la Terre est une plan te vivante avec des continents qui se d placent des oc ans qui naissent qui s tendent et puis meurent que sa surface la lithosph re se morcelle en plaques qui tant t sont absorb es tant t sont recr es partir du manteau sous l action de courants qui le parcourent m D s lors le mod le un peu simpliste de notre plan te devait tre affin U ne nou velle technique apparue dans les ann es 80 la tomographie sismique faisant appel la num risation des donn es et leur traite ment informatique permet d obtenir des images du Globe en trois dimensions selon le m me principe que le scanner en m de cine M ais elle offre aussi la possibilit de mettre en vidence les mouvements de convection du manteau moteurs du d pla cement des plaques La tomographie sis mique n a pas remis en cause le mod le ini tial dans ses grandes lignes m me si elle a r v l que la structure du manteau tait beaucoup plus complexe qu on ne l imagi nait M ais cette technique a aussi ses limites la diff rence du scanner qui dispose d une source d nergie r glable volont la tomographie sismique ne peut construire ses images qu partir de s ismes dont les p2. 4 IN TER TS P DAGOGIQUES th mes de la lecon type d utilisation points forts d velopper 4e tude des s ismes illustration les variations de vitesse S V T compl mentaire des ondes sismiques 1eS organisation et activit illustration les courants de convection interne de la plan te e compr hension dans le manteau INFORMATIONS CO M PL M EN TAIRES gt HISTOIRE ET PERSPECTIVES m De tout temps l Homme a cherch comprendre la structure du Globe M ais un voyage au centre de la Terre rel ve de l utopie et le forage le plus profond 12 km dans la presqu le de Kola est bien peu de chose si on le compare aux 6 400 km du rayon terrestre Pour pallier l impossibilit d une observation directe la g ophysique est vite apparue comme la seule science sus ceptible de proposer un mod le de notre plan te Elle regroupe plusieurs disciplines g od sie g ochimie physique des mat riaux mais la plus efficace pour l investi gation des zones profondes est la sismologie Cette derni re tudie en effet non seule ment les tremblements de terre et leur impact mais aussi la propagation des ondes sismiques l int rieur du G lobe m Au cours des 70 derni res ann es les donn es fournies par les m thodes sismiques et surtout la vitesse moyenne de propagation des ondes en fonction de la profondeur ont permis de proposer un mod le simple de notre plan te sous forme de sph res emboit es
3. courants de convection cristallisation cristaux cro te datation d clinaisons magn tiques d forestation derrick dorsales changes thermiques environnement picentre rosion m canique ruption faille filtre polarisant fossiles foyer sismique gisements gneiss gradient g othermique granite hautes pressions hautes temp ratures images satellitales inversions magn tiques isotropie lave lithosph re INDEX Films volume 1 ou volume 2 de cette s rie carte g ologique risques naturels rosion terrestre s diments et roches rosion terrestre s diments et roches forage volcans tectonique des plaques volcans activit interne de la plan te tomographie sismique s diments et roches microscope polarisant sismographe tectonique des plaques carte g ologique forage boussole rosion terrestre forage tectonique des plaques activit interne de la plan te carte g ologique tremblements de terre rosion terrestre volcans satellites et g ologie carte g ologique tremblements de terre microscope polarisant s diments et roches tremblements de terre ressources du sous sol m tamorphisme forage rosion terrestre m tamorphisme m tamorphisme satellites et g ologie boussole microscope polarisant volcans tectonique des plaques activit interne de la plan te Mots cl s lumi re polaris e magma magmatismes magn tisme terrestre ma n tosph re
4. Concept Pd SATELUTE ET G O LO G IE EXPANSION OC ANIQUE Motentendu concept Autre concept 12 Remerciements HACHETTE Education et le CN DP tiennent remercier e le comit sdentifique Jean Michel BERARD Inspecteur G n ral de Physique Jacques BODIN EAU E N S Cachan Paul CARO D qu aux Affaires scientifiques C S I La Villette Jean Yves DAN IEL Inspecteur G n ra de Physique Jean DEFER Professeur de Physique l U F M d Auteuil Francis DELIN EAU Directeur C E T A P E D F Josette FOURNIER Professeur de Chimie I U T d Angers Paul GAILLARD Directeur de l enseignement p dagogique U T C Compi gne Rodolphe LEGEN DRE Directeur adjoint du C R D P de Strasbourg Pierre JOU BERT Professeur de Physique appliqu e E N S de Cachan Robert LARU E Inspecteur G n ral Sciences de la Vie et de la Terre Jean M ichel LEFOU R Professeur de Chimie cole Polytechnique G rard M ARY Professeur de Physique U F R Sciences de Reims Marie Christine M ILOT D I S T N B Minist re de l ducation N ationale H l ne ORM IERES D 1 S T N B Minist re de l Education N ationale Jacques PEVET D F P E D F Francis RU M PF Minist re de l Enseignement Sup rieur et de la Recherche Jacqueline T IN N ES Pr sidente de l U nion des Physiciens Jean U LYSSE Pr sident de l Association des Professeurs de Biologie G ologie les entreprises et organismes Amb
5. entre le temps observ et le temps th orique le d lai met en vidence des h t rog n it s de vitesse calcul es pour chaque volume par ordinateur va de soi que pour d limiter des zones anormales il faut combiner les donn es fournies par une multitude d ondes entrecrois es trait es l aide d ordinateurs puissants Ce sont les ondes de surface de p riode lente qui sont utilis es pour d limiter ces zones dans le manteau sup rieur Avec le m me principe on tudie le manteau inf rieur partir des ondes de volume On peut ainsi trouver des zones lentes corr l es avec des r gions peu denses chaudes et ascentionnelles repr sent es en rouge et jaune et des zones rapides assimil es des r gions froides et denses repr sent es en bleu Les cartes ainsi obte nues diff rentes profondeurs peuvent tre superpos es pour obtenir des mod les tridi mensionnels du manteau ou du Globe m Les apports de la tomographie sismique Cette technique a permis de mesurer les variations lat rales de la vitesse des ondes sis miques et d en d duire la temp rature et la densit des couches concern es tude des zones volcaniques II est possible de localiser les chambres magmatiques situ es sous les volcans Par exemple un batholithe de 100 km de diam tre a t rep r dans la cro te sous la caldeira de Yellowstone tude de la lithosph re du manteau D ans une r g
6. moyenne de propagation des ondes de volu me ce qui a permis de d finir les principales unit s du Globe U ne autre d marche fructueuse a consist localiser les foyers des s ismes profonds qui se r partissent dans certaines zones selon des plans inclin s C tait la premi re d monstration d une h t rog n it lat rale du manteau l o les plaques s enfoncent M ais les autres variations lat rales li es aux courants de convection ne pouvaient tre mises en vidence qu l aide des techniques tomographiques permettant une v ritable chographie de la Terre La tomographie sismique est fond e sur la description des carts de vitesse de propaga tion des ondes par rapport une vitesse moyenne th orique calcul e pour chaque profondeur Elle s applique positionner ces anomalies de vitesse Pour cela on d compose les milieux travers s par les rais sismiques en une s rie de cubes pour cha cun on tablit la vitesse moyenne th orique en fonction de sa profondeur Un rai sis mique partant d un foyer va traverser cer tains de ces volumes pour parvenir une station d enregistrement d doc 1 courbes de propagation d un rai sismique p Vitesse moyenne zone forte vitesse zone faible vitesse F foyer n station 1 Principe de base de la tomographie sismique Son temps de parcours sera fonction de sa vitesse et de son trajet dans chaque cube La diff rence
7. D IAF m G nie g n tique et biotechnologies DCRI NIH CM SP BSIP m Organisation et volution du vivant K M anfred SPL COSMOS 11 SAUN 3 SUSL UA 71HdvV49OONVIDO OLES SISAIUN P SUSL SU TIVLLVdS N OLLVH Odd SUSS E 81B1sUs P ARRE Ww AUS ALIORILOHI3 uss Z oIBIoue P Ze WN EUU SN OLLVHSIA 11 SIGN O 9H S T e 2481109 3INSIHd1OIIVL3IN SOFAS d SLdI2NOD sJALNV SINOINHIAL 13 SLNYSOdWOD 113 NV1d V1 3q J NHAL NI 3LIAL2V 4 9 SO u SIN nbuusis Iude16 uoL_ SNVIIOA SLdINOD S4dIinv SINOINHIAL 13 SLNVSOdIO2 10 IN SITU Encyclop die Audiovisuelle des Sciences et des Techniques l heure de la Communication la Technologie appara t dans tous les domaines industrie environnement sant recherche et confort de l Homme D e nombreux appareils font partie int grante de notre quotidien tel point que nous ne les remarquons m me plus Des d couvertes tr s importantes ou des ph nom nes naturels nous sont souvent rapport s sans que nous puissions en mesurer la v ritable port e par manque d information U n vocabulaire propre la description de ces l ments ou v nements peut pourtant tre compris et utilis par quiconque L ENCYCLOP DIE AU DIOVISUELLE DES SCIENCES ET DES TECHNIQUES a donc t con ue pour tout esprit curieux qui souhaite en savoir plus sur tout ce qui l entoure Pour un sujet un film explique la signification de termes ou mo
8. GNOL la musique Lo c GOURVENNEC m Pour le film Tedonique des plaques e les auteurs G rard BON HOU RE Jean Claude SIBU ET e ler lisateur Pierrick DAVID les infographistes Guillaume REDOIS 2D et M organ REIT Z 3D m Pour les films Volcans et Risques naturds l auteur et r alisateur G rard TH IAU LT la pris de vue Jean Pierre VIAL la prise de son et le montage Serge SO U BAYA l infographie Alix VIENNE e l assistante de production et la voix off Isabelle LOCH ET e laprodudion C R D P de la R union HACHETTE LIVRE 1997 43 quai de Grenelle F 75905 Paris Cedex 15 CN DP 1997 29 rue d U Im F 75230 Paris Cedex 05 Tous droits de traduction de reproduction et d adaptation r serv s pour tous pays Le Code de la propri t intellectuelle n autorisant aux termes des articles L 122 4 et L 122 5 d une part que les lt copies ou reproductions strictement r serv es l usage priv du copiste et non destin es une utilisation collective gt et d autre part que les analyses et les courtes citations gt dans un but d exemple et d illustration toute repr sentation ou reproduction int grale ou partielle faite sans le consentement de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite gt Cette repr sentation ou reproduction par quelque proc d que ce soit sans autorisation de l diteur ou du Centre fran ais de l exploitation du droi
9. Machine Terre vol 2 Noyau interne WAWAKI bi Noyau externe m s Manteau i Terre et Univers Machine Terre vol 2 In SItu Encyclop die Audiovisuelle des Sciences et des Techniques Guy SIMONIN Jacques BOSC Roger FOUCHER Textes r dig s par Th r se MOREAU Bernard MSIHID MACHINE TERRE vol 2 SOMMAIRE m remblements de terre mSismographe mTomographie sismique m M tamorphisme m Tectonique des plaques m Activit interne de la plan te m Risques naturels Arborescences IN SITU MODE D EMPLOI Chaque commentaire vous apporte de nombreuses informations importantes organis es selon les rubriques suivantes D COUPAGE les temps indiquent les d buts des s quences gt 0 BJECTIFS Ce que vous apprenez avec ce film gt PR CISIONS e Sur la forme pour mieux utiliser les 4 minutes e Sur lefond quelques explications sur certains choix des auteurs gt IN T R TS P DA G 06 IQ UES un tableau pour connaitre les niveaux classes les correspondances avec les programmes scolaires le type d utilisation en classe et surtout les points forts d velopper gt INFORMATIONS CO M PI M EN TA IRES Histoire p spetive un peu d histoire des sciences e Pour approfondir des explications scientifiques et des sch mas pour mieux comprendre le film ou pour aller plus loin voir c est l arborescence les films de l enc
10. assade des Etats U nis en France Service de presse Institut de Physique du Globe de Strasbourg J H WOODHOUSE et AM DZIEWON SKI cr dits images C N R S audiovisuel Agence France Presse ELF IFREMER ENERGY FILM LIBRARY Minist re de l Int rieur S curit civile C R D P de Strasbourg Jean C lauve SEVETTE Lyc e Cl menceau de N antes Professeur COU DRAY doyen de la Facult des Sciences U niversit de la R union M essieurs OM EZ et PERIER Ing nieurs la D D E de la R union M onsieur SO LAGE Directeur du B R G M de la R union M essieurs RICARD g ochimiste et RACH ELERY vulcanologue Directeur de l O bservatoire vulca nologique de La Fournaise M onsieur H AU RIE g ologue M aison du volcan R gion R union R F O R union S curit civile Pr fecture de La R union m Pour les films Tremblemets de Tere Sismographe Tomographie sismique les auteurs Christine SC H AAF Jean Louis KLEIN M arc SCH WEBEL ler lisateur Pierre BISC HO FF sous la ordination de Fran ois M AN GEN OT e les nsillws Sentifiques Andr SC H AAF H ubert WH ITECHU RCH Jeannot T RAM PERT m Pour les films M amp amorphisme et A divit interne de la plan te e les auteurs Sylvie N ICO L Fran ois H AU BERTIN e lar alisation amp les images Fran ois H AU BERTIN e assstante de produdion Jocelyne FOUCHE e l infographiste Jean Paul KERBART la voix Emmanuelle ROSSI
11. icentres ont une r partition tr s h t ro g ne car 99 se situent au niveau des limites des plaques et dont peu sont utilisables ce qui ne permet pas une bonne pr cision Il est vite apparu indispensable d tendre le r seau de sismographes m Depuis 1977 un r seau mondial de sismo m tres num riques enregistre les ondes de surface sur bandes magn tiques utilisables directement par les ordinateurs D autre part le Centre International de Sismologie situ pr s de Londres centralise les donn es fournies par plus de 1 000 stations clas siques qui enregistrent les ondes primaires et secondaires Au d but des ann es 80 les sismologues de cinquante universit s se sont associ s pour fonder l I R I S Association des Instituts de Recherche en Sismologie C et organisme a pour objectifs la modernisation des quipe ments et l augmentation du nombre des stations longue p riode gt ainsi que l instal lation de 1 000 sismom tres mobiles Ces deux types d installations devraient per mettre de mesurer l tendue du mouve ment des plaques et d obtenir des images pr cises du manteau et des courants qui le parcourent gt POUR APPRO FO N DIR m Le principe de la tomographie sismique U n tremblement de terre est l origine d ondes sismiques que le Globe transmet car il constitue un milieu lastique D ans une premi re tape la sismologie classique s est d abord attach e mesurer la vitesse
12. ion limit e par exemple la r gion m diterran enne U ne tude pr cise a montr que l enfonce ment de la plaque africaine sous la plaque Europe se poursuivait une plus grande profondeur que ne le laissait supposer la localisation des foyers de s ismes Pour l ensemble de la Terre latomographie sismique confirmeles ensei gnements de la tectonique des plaques la remont e de mat riaux chauds sous les dor sales la propagation rapide des ondes sous les boucliers refroidis Plus profond ment la corr lation entre anomalies et structures de surface est moins nette Ainsi les zones chaudes alimentant les dorsales sont d cal es Mise en vidence des courants de convection d A ivit interne de la plan te tude du noyau mise en vidence d une anisotropie de la graine le noyau interne serait h t rog ne gt VOIR MTECTONIQUE DES PLAQUES mSISMOGRAPHE gt DOCUMENTATION e La Convection dans le manteau ter restre P M achetel L a Recherche n 266 juin 1994 e La tomographie sismologique G Poupinet La Reherche n 210 mai 1989 La tomographie sismique Don Anderson et Adam Dziewonski Pour la Sdan d cembre 1984 e Comprendre et enseigner la plan te Terre J U lysse dir O phrys 2003 Mots cl s affleurements al as alt ration chimique argiles calcaires carottage chambre magn tique collisions c ne volcanique convection
13. manteau terrestre min ralogie min raux m tamorphiques noyau ondes de cisaillement ondes de compression ondes sismiques orbite pendage p trole plaques plis p le magn tique radioactivit r fringence ressources min rales et nerg tiques risques roches sables schistes s ismes subduction tectonique t l d tection tr pan verre Films volume 1 ou volume 2 de cette s rie m tamorphisme microscope polarisant volcans tectonique des plaques boussole boussole volcans sismographe tectonique des plaques activit interne de la plan te microscope polarisant m tamorphisme sismographe activit interne de la plan te sismographe sismographe tomographie sismique satellites et g ologie carte g ologique ressources du sous sol tomographie sismique carte g ologique boussole activit interne de la plan te microscope polarisant ressources du sous sol risques naturels ressources du sous sol s diments et roches m tamorphisme tremblements de terre tomographie sismique tecto nique des plaques tectonique des plaques satellites et g ologie tremblements de terre satellites et g ologie forage microscope polarisant CR DIT PHOTOGRAPHIQUE jaquette du coffret et couverture du livret m Mati re et nergie J C G rard DIAF m Techniques de communication D Thierry DIAF m M at riaux et productions M Rosenfeld DIAF m Sant H Gyssels
14. t de copie 3 rue H autefeuille 75006 Paris constituerait donc une contrefa on sanctionn e par les articles 425 et suivants du C ode p nal 13 _ R f 002 P8436 19 5397 5 lt Tous droits d exnldfsuioTP et de reproduction r serv s au CNDP et HACHETTE pi y La projection de ce vid ogramme est limit e des s ances gratuites organis es par lt l emprunteur direct ou l acqu reur en ses locaux ou l utilisation gratuite en classe des tablisse E ments relevant de l Education Nationale Toute duplication r tr cession t l diffusion t l distribution partielle ou totale est interdite Les contrevenants S CES des poursuites Juni es i
15. ts cl s qui s y rap portent Chacun d eux est donc une entr e la compr hension et l apprentissage des Sciences et des Techniques qu elles appartiennent au pass au pr sent ou au futur Chaque film de 3 4 minutes est donc con u pour explorer expliquer les mots cl s tra vers un objet une technique ou un concept scientifique Ainsi chaque titre propose des rappels des d finitions des explorations pour mieux comprendre un fonctionnement des animations pour repr senter des ph nom nes complexes des d couvertes et des applications un historique sauf pour quelques titres un renvoi aux autres films de l Encyclop die directement li s au sujet Tous les films ont t mis au point par une quipe compos e de chercheurs techniciens et p dagogues terme la collection comprendra 44 cassettes soit 310 films Leur prindpe de base l utilisateur doit pouvoir acc der l information scientifique par diff rents mots cl s qui correspondent soit un objet soit un composant soit un concept Voir les arborescences ci dessous et pp 6 et 7 Pour chaque s rie un IN DEX situ en fin de livret regroupe tous les mots cl s avec le s film s correspondant s Exemple d arborescences de l Encyclop die Audiovisuelle des Sciences et des Techniques SONAR TECTO NIQUE DES PLAQUES O bjet Autre concept TO M O GRAPHIE SISMIQ UE TREM BLEM ENT DE TERRE Technique
16. yclop die qui sont directement li s au sujet e D oumentation quelques r f rences et adresses pour en savoir plus En fin de livret un IN DEX vous permettra de conna tre le film qui traite du mot cl que vous cherchez TOMOGRAPHIE SISMIQUE Dire mn 175 m MOTS CL S S ismes plaques ondes sismiques courants de convection D COUPAGE les temps indiqu s correspondent au d but de chaque s quence Contexte Historique des repr sentations de la structure du Globe 10s Les causes des mouvements des plaques 435 Un nouvel outil d investigation la tomographie sismique a 525 Explication Le principe de la tomographie sismique 1 min 09 s Applications Des images tridimensionnelles de la structure du Globe 2 min 42 s Mise en vidence des courants de convection dans le manteau 3 min 10 s OBJECTIFS Faire comprendre le principe de la tomographie sismique ses principales applications PRECISION S gt SUR LA FORME gt SUR LE FOND D es animations pr sentent le principe dela Lesanimations sur latomographie sismique technique qui permet de construire des sont r alis es avec un souci de simplifica images tridimensionnelles des variations de tion ce qui permet de pr senter un large vitesse des rais sismiques l int rieur dela public cette technique peu connue Terre Elles montrent galement les cartes color es tablies
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