Sciences de la Terre

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L'essentiel

L'observation de la croûte terrestre et plus généralement des déformations que subit la surface de la Terre, appelée lithosphère, révèle un mouvement de dérive de plaques à sa surface : c'est la tectonique des plaques. Leur rencontre peut donner lieu à des failles, des dorsales, des chaînes de montagnes, des séismes, des volcans. C'est pourquoi leur observation patiente, à partir des relevés de diverses grandeurs physiques (gravimétrie, niveau du sol, température, etc.) est nécessaire afin de pouvoir prévenir, dans le long terme, les manifestations sismiques de la Terre.

La fiche

Les sciences de la Terre rassemblent toutes les sciences dont l'objet est l'étude de la Terre (lithosphère, hydrosphère et atmosphère) et de son environnement spatial. La Terre peut servir de modèle à l'étude d'autres planètes et, depuis que des sondes spatiales permettent d'explorer d'autres objets du système solaire, la planétologie commence aussi à faire partie du domaine des sciences de la Terre.
L'étude des mouvements de la surface de la Terre et des manifestations sismiques revêt un caractère particulièrement important dans les zones de constructions humaines. C'est le cas de la faille San Andreas en Californie, non loin de San Francisco, qui fait l'objet d'une surveillance particulière.
Définition de la tectonique des plaques
La lithosphère est la couche externe de la Terre. Elle est découpée en plaques rigides (plaque continentale ou plaque océanographique) qui « flottent » et se déplacent sur l'asthénosphère.
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La structure de la Terre© rue des écoles
La structure de la Terre
L'hypothèse d'une dérive de ces plaques, énoncée depuis le xviiie siècle, a été scientifiquement démontrée par le climatologue allemand A. Wegener puis par G. Plasstauche, à partir de considérations cartographiques, structurales, paléontologiques et paléoclimatiques. Ainsi, A. Wegener propose en 1912 que tous les continents connus aujourd'hui étaient rassemblés en un seul bloc, la Pangée. La Pangée s'est fracturée en plusieurs blocs il y a 200 millions d'années, qui ont ensuite dérivé loin les uns des autres. La répartition actuelle des continents est le résultat de cette dérive.
Les manifestations de la tectonique des plaques
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La subduction© rue des écoles
La subduction
Si elle est océanique, la croûte a une épaisseur typique de 7 km ; la croûte continentale a une épaisseur d'environ 70 km. Les deux types de plaque dérivent sur le manteau terrestre, dans un mouvement appelé la tectonique des plaques. Leur rencontre et leur collision progressive peuvent donner lieu à divers types de mouvement.
La divergence est l'éloignement de deux plaques. Dans ce cas, le manteau terrestre remonte entre les deux, et la ride dorsale ou océanique qui se crée est le siège d'un volcanisme actif. Cette activité crée de la croûte lithosphérique.
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Formation et résorption de la croûte océanique© rue des écoles
Formation et résorption de la croûte océanique
Dans le cas d'une convergence, nécessaire pour compenser la divergence, les deux plaques entrent en contact. Il y a subduction si une plaque plonge sous une autre. La côte ouest de l'Amérique du Sud en est un exemple. Si les deux plaques résistent, la collision génère une chaîne montagneuse, comme lors de la collision de la plaque eurasienne et de la plaque indo-australienne, responsable de la chaîne de l'Himalaya.
Les régions sismiques se répartissent au niveau de toutes ces zones de contact lithosphérique.
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Les régions sismiques dans le monde© rue des écoles
Les régions sismiques dans le monde
Les foyers peuvent être profonds ou superficiels. Notamment, la répartition des volcans révèle les zones de contact lithosphérique, qui font l'objet d'une surveillance humaine pour prévenir les séismes ou les déplacements de surface.
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Les volcans dans le monde© rue des écoles
Les volcans dans le monde
Les croûtes océanographiques sont minces et la théorie de la tectonique est parfaitement appliquée. Par contre, les plaques continentales sont beaucoup plus épaisses et moins rigides, et leurs mouvements sont quand même imparfaitement reproduits par un glissement.
On peut considérer qu'il existe 14 plaques tectoniques (Afrique, Amérique, Antarctique, Pacifique, etc.).
Origine physique de la dérive des plaques
La chaleur que possède naturellement la Terre provient de sa radioactivité (désintégration du potassium, de l'uranium et du thorium) et de la chaleur issue de son état initial il y a plus de 4,5 milliards d'années. Elle s'est refroidie en évacuant la chaleur à sa surface.
Méthodes de suivi et d'investigation
La géologie comprend des sous-branches comme la géophysique. La géodésie s'intéresse aux dimensions prises par la surface de la Terre et à ses déformations. Depuis la fin du xxe siècle, elle met en évidence les mouvements des plaques tectoniques qui peuvent être révélés de plusieurs manières.
La gravimétrie étudie le champ de pesanteur terrestre. Dans l'industrie, on utilise couramment les techniques dites « gravimétriques » pour prospecter et reconnaître les champs pétrolifères ou miniers.
Le géomagnétisme étudie l'origine et les variations spatiales (d'un point à l'autre) et temporelles (d'une époque à l'autre) du champ magnétique de la Terre. Le paléomagnétisme en est un exemple:  au moyen de l'étude de l'aimantation des roches fossiles, des indications sur le mouvement des plaques tectoniques au cours des époques géologiques peuvent être déduites. C'est ainsi que l'on peut étudier les variations du champ magnétique terrestre au cours des derniers millénaires.
La sismologie étudie l'origine, la nature et les effets des séismes. En particulier, elle étudie la propagation des ondes sismiques et les oscillations de la Terre. Elle dispose d'instruments utilisés pour détecter et enregistrer des vibrations sismiques (sismographes). Elle essaie aussi d'interpréter les sismogrammes en vue de prévoir de futurs épisodes sismiques.
La géodynamique étudie les déformations de la Terre produites notamment par les forces de marée (exercées par la Terre ou la Lune) ou de manière exceptionnelle (houle, raz de marée, tsunami…).
La géothermie s'intéresse aux flux de chaleur émis par la Terre.
Ces études permettent de dresser des cartes de risque sismique et de fixer des normes antisismiques, afin de prévoir éventuellement des séismes et de garantir la solidité et la résistance des constructions, notamment les ouvrages d'art comme les ponts ou les usines.
Les autres domaines des sciences de la Terre
Les sciences qui s'occupent de la Terre au sens large peuvent être regroupées en 7 branches environ. À chacune d'elles correspond désormais une association internationale. Outre la géodésie, le géomagnétisme, la sismologie, la volcanologie, on distingue l'océanographie, l'hydrologie et la météorologie.
Océanographie
L'océanographie et l'océanologie physique étudient les mouvements et les divers phénomènes océaniques (comme les marées, les courants, les vagues, etc.).
Hydrologie
L'hydrologie étudie quant à elle la physique, la chimie et la circulation des eaux dans les rivières et les lacs, ainsi que les variations des nappes phréatiques.
Météorologie, climatologie et glaciologie
La météorologie s'occupe de la circulation des masses d'air et de la prévision des phénomènes atmosphériques, notamment du temps, des tempêtes et des ouragans. La climatologie étudie les différents climats et explique les mouvements atmosphériques à grande échelle et à long terme. La glaciologie étudie la nature physique et chimique des systèmes glaciaires.

Zoom sur…

Les tsunamis
Lors du tsunami indo-asiatique du 26 décembre 2004, plus de 300 000 personnes ont péri. Un tsunami (du japonais tsu, le port, et nami, la vague) est une onde gigantesque provoquée par un rapide mouvement d'eau. Ce mouvement est en général dû à un séisme, à une éruption volcanique sous-marine ou un glissement de terrain de grande ampleur. Contrairement aux vagues, un tsunami n'est pas créé par le vent. Il peut atteindre facilement une vitesse de 800 km/h dans des eaux profondes, mais son amplitude en surface ne dépasse pas le mètre ; il est souvent confondu avec les vagues gigantesques isolées responsables de nombreux naufrages (appelées vagues scélérates).
Cependant, il peut provoquer d'énormes dégâts car il entraîne une rapide baisse du niveau de l'eau ou un recul de la mer, suivi par un raz-de-marée (élévation rapide du niveau des eaux), ce qui est responsable d'un courant puissant capable de pénétrer profondément à l'intérieur des terres.
Depuis quelques années, notamment à la suite du tsunami de décembre 2004, un système de bouées adaptées à la perception des mouvements de l'eau a été installé le long des côtes pour prévenir du danger. Ce dispositif de surveillance et d'alerte traque les séismes potentiellement déclencheurs de tsunamis et permet d'alerter les populations dans les pays donnant sur l'océan Pacifique. Le Centre d'alerte pacifique de tsunami est établi sur la plage d'Ewa à Hawaii, non loin d'Honolulu.
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