Prévision et prévention des catastrophes Le Cas du Marocunesdoc.unesco.org/images/0013/001387/138723f.pdf · des failles, la géologie subsurface et les séismes – ou de l’atmosphère,

Prvision et prvention des catastrophes naturelles et environnementalesLe Cas du Maroc

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Prvision et prvention des catastrophes naturelles et environnementalesLe Cas du Maroc

Driss Ben Sari

Sciences de la terre

DITIONS UNESCO


Les ides et les opinions exprimes dans cette publication sont celles de lauteur et ne refl tent pas ncessairement les vues de lUNESCO.Les appellations employes dans cette publication et la prsentation des donnes qui y fi gurent nimpliquent de la part de lUNESCO aucune prise de position quant au statut juridique des pays, territoires, villes ou zones ou de leurs autorits, ni quant au trac de leurs frontires ou limites.

Publi en 2004 par lOrganisation des Nations Unies pour lducation, la science et la culture7, place de Fontenoy, 75352 Paris 07 SP

Maquette : ditions UNESCOMise en pages : Vronique Michel, Marco Grafi coImpression : UNESCO, Paris

ISBN 92-3 -203980-X UNESCO 2004Tous droits rservsImprim en France


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La nature et lhomme ont, de longue date, scell un pacte de bonne comprhension mutuelle et damiti raisonnable. Cependant, comme dans les meilleurs couples, des crises peuvent survenir : lenvironnement agresseur les risques naturels , lenvironnement agress les risques industriels.

Il est, au nord-ouest de lAfrique, la limite entre deux mers et entre deux continents galement prestigieux, un grand pays bni par la nature o cependant les risques naturels ont pu, au fi l des sicles et des plus rcentes dcennies, se manifester pisodiquement : on y reconnatra le Maroc, o la destruction spectaculaire de la tour Hassan comme la terrible catastrophe dAgadir tmoignent des grands sismes du pass ; lOurika nous rappelle les effets de linstabilit atmosphrique les catastrophes venues de lOcan, les pisodes de grave scheresse qui posent rgulirement le problme des volutions, sculaires ou rapides, du climat du Maroc.

Ce sont autant de raisons pour lire avec attention ce livre de Driss Ben Sari qui est orfvre en la matire, en tant que scientifi que et en tant que promoteur de programmes internationaux dans lesquels le Maroc a toujours jou un rle actif et apprci.

Face aux risques naturels, lattitude des responsables se rapproche, en premier lieu, de la mission dune sentinelle qui a pour charge didentifi er lintrus et ses

intentions, afi n de prvenir la dfense, en ce cas la dfense civile et ses moyens dintervention : cest le problme des prcurseurs , premiers

stigmates de la crise qui va se dvelopper ; cest le problme de la prvision, au sens prcis de la

connaissance, espace et lieu, de lvnement venir ; cest le problme de lavertissement en temps rel

donner toutes les populations menaces.

Dans tous ces domaines, il faut parler de lexistant, que les responsables scientifi ques et oprationnels ont dj conduit un niveau de bonne qualit. Mais il faut, en mme temps, parler des perspectives futures de la recherche pour combler les insuffi sances, encore importantes, de notre connaissance de la ralit physique.

Recherche toujours fascinante, par ses enjeux et par la progression acclre des techniques, o le satellite rejoint lordinateur pour aborder effi cacement la complexit du fait naturel, quil sagisse des mouvements souterrains la tectonique des plaques, la gomtrie des failles, la gologie subsurface et les sismes ou de latmosphre, dans ses manifestations instables, de lchelle du court terme les perturbations pluies intenses , lchelle du long et du trs long terme lvolution du climat, o la scheresse constitue toujours une menace terrifi ante pour le monde conomique.

Prface


Driss Ben Sari est pour nous lun des meilleurs chantres de cette recherche. Il sy est illustr comme acteur direct la tte du Centre national de coordination et de planifi cation de la recherche scientifi que et technique marocain, mais il faut citer aussi son action, parfois moins connue du grand public, pour la promotion des programmes internationaux vous la rduction des risques naturels. Ceci remonte au lancement de la Dcennie internationale pour la prvention des risques naturels (DIPCN ou, en anglais, IDNDR pour International decade for natural disasters reduction) qui a mobilis lintrt dune large communaut de pays du monde, dans la dernire dcennie du sicle dernier, sous lgide de lONU. Faut-il rappeler ici que linitiative premire en revient une proposition couple de lambassadeur du Maroc et de lambassadeur du Japon, au niveau de lorganisation mondiale ? Proposition qui fut bien reue, se conjuguant avec lappui prcieux des membres de lAcadmie nationale des sciences des tats-Unis dAmrique. Pour sa part, Driss Ben Sari a contribu, avec beaucoup dardeur, la construction de ce programme, laccent tant mis, en particulier, sur la zone mditerranenne o se rencontrent un grand nombre de problmes lis aux risques naturels.

Rcemment encore, il a souhait collaborer troitement avec le systme de Trieste comprenant pas moins de quatre institutions scientifi ques internationales prestigieuses. Il a en effet profess au Centre international de physique thorique (ICTP, International Centre of Theoretical Physics) et dirig l aire de recherche en sciences et technologies de la Terre, de la mer et de lenvironnement au Centre international de sciences et de technologies avances (ICS, International Centre of Science and High Technology). Cest dans ce cadre quil a organis des cours internationaux aussi bien en Asie, en Amrique latine et en Afrique quen Europe. Enseigner aux enseignants reste une des fonctions quil prconise, loccasion des runions internationales auxquelles il participe, sans mnager ses efforts pour mieux faire connatre le dveloppement des tudes sur le sujet. Il a aussi collabor avec les

organisations internationales comptentes telles que lONU, lUNESCO, lONUDI, le PNUE, etc., et avec des organisations non gouvernementales prestigieuses tels le Conseil international des unions scientifi ques (ICSU, International Council of Scientifi c Unions), dont il est membre lu de son comit gnral, et lAcadmie des sciences du tiers monde (TWAS, Third World Academy of Sciences), lune des quatre acadmies internationales et rgionales des sciences dont il est lun des membres fondateurs.

Ainsi se conjuguent, dans ce monde moderne, les actions de connaissance scientifi que et de soutien aux initiatives internationales, pour aller ensemble plus avant vers la meilleure scurit de la population. Il sagit l, la fois, de la protection immdiate des vies humaines contre les risques survenance brutale et de celle des moyens de vie, dans une socio-conomie qui pourrait, lchelle des dcennies prochaines (mais le temps passe vite !), souffrir gravement dun environnement physique menac par lvolution du climat.

Formidables enjeux qui demandent lattention vigilante et les investissements matriels et humains des pouvoirs publics en charge.

Par les dispositions de la nature et par la qualit de lenvironnement humain, le Maroc constitue une sorte de laboratoire privilgi pour ltude des risques naturels, de la connaissance gophysique la prvention intelligente.

Driss Ben Sari nous expose les rsultats que lon peut tirer de ce laboratoire, avec les progrs qui en dcoulent vers une matrise de plus en plus affi rme des problmes traits. L homme de science rejoint ici lhumaniste, instigateur de cooprations bnfi ques, au service de toutes les populations menaces.

Il y a ainsi dans cet ouvrage, largement document, des perspectives trs intressantes et certainement optimistes au bnfi ce dune meilleure scurit dans notre communaut de citoyens du monde confronts de tels risques.

Voici un livre de savoir et despoir.

Adelin VillevieillePrsident de lInter-Groupe

ISDR UATI/FMOI


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Avant-propos

Prvision et prvention des catastrophes naturelles et environnementales. Le Cas du Maroc se veut avant tout un ouvrage de synthse : synthse des connaissances et de leurs applications,

des rfl exions et des travaux entrepris par la communaut scientifi que internationale et consacrs la problmatique gnrale des catastrophes naturelles et environnementales lors de la Dcennie internationale sur la prvention des catastrophes naturelles (DIPCN) ;

synthse des travaux, programmes et projets mis en branle lchelon rgional la Mditerrane par suite de la DIPCN ;

synthse, enfi n, des communications, des tudes et des recherches entreprises au niveau national sur cette question au cours des dernires dcennies.

Prvision et prvention des catastrophes naturelles et environnementales est aussi une tentative dapprhender toute la problmatique des catastrophes naturelles et environnementales en mettant en exergue les outils gnriques pour la traiter dans sa globalit et les outils

spcifi ques pour les diffrents types de catastrophes. Cet ouvrage fait le point sur lvaluation, la prvention et la gestion de ces risques aussi bien au niveau national que local, dans leur contexte rgional (mditerranen) et global.

Le besoin de consacrer un livre cette problmatique aprs lui avoir vou tant de communications et ddi tant darticles trouve sa justifi cation dans lurgence de laction gouvernementale pour attnuer les risques et diminuer les pertes humaines et matrielles pour un certain nombre de catastrophes identifi es.

Ouvrage de synthse, Prvision et prvention des catastrophes naturelles et environnementales. Le Cas du Maroc se veut aussi un ouvrage de rfrence pour les tudiants, pour les chercheurs en sciences de la Terre, de la mer et de lenvironnement en gnral et pour les gophysiciens en particulier. Il reprend une partie du cours de gophysique que jai enseign dans diffrentes institutions scientifi ques marocaines durant les trente dernires annes et qui reprsentent des rfrences pour ceux qui ne peuvent se passer de thories.

Driss Ben Sari


Ghalia, ma petite-fi lle, et tous les Marocains de sa gnration et des gnrations futures, je ddie cet ouvrage.


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Remerciements

Adelin Villevieille, Prsident de lintergroupe UATI-FMOI a suivi de prs la ralisation de cet ouvrage. Ses ides, ses encouragements, ses suggestions et sa lecture critique ont facilit la rdaction du livre et lont enrichi. Quil trouve ici lexpression de ma vive gratitude.

Khadija Tourougui a eu la lourde et ingrate tche de saisir le texte, de traiter les images. Sa participation llaboration du manuscrit a t dcisive et sa collaboration prcieuse.

La relecture du manuscrit par Patrick Fleury, directeur de recherche mrite et ancien directeur du Laboratoire IN2P3 lcole polytechnique a t une contribution constructive et enrichissante.

Que tous les trois soient cordialement remercis.


Sommaire

Introduction gnrale 13

Premire partie : Problmatique gnrale et rgionale des catastrophes naturelles et environnementales 17

Chapitre 1 Transformations lintrieur de la plante vivante Terre 19 Introduction 19

Chaleur de lintrieur de la Terre et volcanisme 19 Gravimtrie terrestre 23

Magntisme terrestre 25Sismologie et intrieur de la Terre 28Dformation de la crote, mouvements et interactions lintrieur de la Terre 35Godynamique interne ou tectonique globale des plaques 37

Chapitre 2 Transformations lextrieur de la plante vivante Terre 41Gnralits 41Altration et dcomposition des roches 41rosion et ses agents principaux 42Cycles de transformations Cycle naturel de leau 44Hydrosphre et atmosphre 46Climats dans le monde 49

Chapitre 3 tude gnrale des catastrophes naturelles et environnementales 53Prsentation des catastrophes naturelles et des changements globaux 53Cadre international de ltude des catastrophes naturelles 54Catastrophes naturelles dorigine gologique 56Catastrophes hydro-mtorologiques 66Des catastrophes hydro-mtorologiques aux catastrophes environnementales 69Catastrophes naturelles particulires 73Changements climatiques et leurs consquences 73Mesures prconises pour la prvention des catastrophes et la prservation de lenvironnement 81Mesures et moyens mis en uvre pour ltude de lenvironnement 86


Chapitre 4 Cadre rgional des tudes des catastrophes naturelles et environnementales pour le Maroc 91Dimension africaine du Maroc en matire de catastrophes naturelles et environnementales 91Dimensions mditerranennes du Maroc pour les catastrophes naturelles et environnementales 93Mditerrane : un bassin risque 98Coopration euro-mditerranenne dans le domaine de la prvention des risques naturels

et environnementaux 100Agenda 21 pour la Mditerrane 102Europe et problmes des dchets, de la pollution de leau et de lair 103

Deuxime partie : Catastrophes naturelles et environnementales au Maroc 105

Chapitre 5 Environnement et risques naturels au Maroc 107Cadre physique et environnemental du Maroc 110Catastrophes naturelles au Maroc 117Risques hydro-mtorologiques : inondations et scheresses 124Risques gologiques au Maroc 129Autres risques et problmes environnementaux 141Pollution de leau, de lair et problmes de dchets 146valuation globale de la vulnrabilit 151Synthse des donnes sur les catastrophes naturelles et environnementales 152

Chapitre 6 Attnuation des risques 153Risques hydro-mtorologiques 153tude de la variabilit spatio-temporelle climatique par lanalyse des mesures de vapeur deau

prcipitable par GPS 156Attnuation du risque sismique et prvention 163Attnuation des risques de glissement de terrain et de tsunami 170

Chapitre 7 Stratgie gnrale de dfense contre les catastrophes naturelles et environnementales au Maroc 173Cadre gographique et temporel des tudes environnementales 174Mthodologie, outils danalyse 174tudes des impacts et adaptation 175lments de stratgie 179

Chapitre 8 tude des risques lchelon local 185tude locale du risque sismique : le cas dAl Hoceima 186Catastrophe de lOurika : prvision et prvention des crues torrentielles 196Pollution atmosphrique Casablanca et Mohammadia 208

Conclusion 213

Annexes 219 Annexe 1. PIBG et programmes internationaux 221Annexe 2. MEDIAS et autres programmes et initiatives euro-mditerrannens 223

Bibliographie 225


Introduction gnrale

La plante Terre sur laquelle nous vivons a constamment chang au cours de sa longue histoire.

Forme il y a cinq milliards dannes partir dune masse de poussires tournant autour du Soleil, la Terre a volu en tant que plante tellurique moyenne du systme solaire. Elle est probablement la seule, parmi plusieurs milliards de plantes dans lunivers, o les conditions ncessaires pour le dveloppement de la vie ont t runies.

La composition de la crote terrestre, latmosphre et les ocans nont pas seulement dtermin le cours de lvolution biologique mais ils ont t eux-mmes affects par les processus de la vie et par ceux des transformations internes et externes qui se manifestent la surface de la Terre.

En effet, notre plante fonctionne avec deux moteurs, lun interne, aliment par la chaleur produite par la radioactivit lintrieur de la Terre, et lautre externe, aliment par la chaleur fournie par le Soleil la surface de la Terre.

Le moteur de lintrieur, en conduisant la godynamique interne, est lorigine des processus gologiques et des transformations qui sont la base de la formation des roches ignes, du plutonisme et du mtamorphisme, et qui se manifestent en surface avec violence par des sismes et des ruptions volcaniques, par le mouvement des plaques tectoniques,

par lorogense qui soulve les montagnes et par les dformations, aussi bien lentes que brusques, de la crote terrestre qui en dcoulent.

Quant au moteur de lextrieur, qui alimente la godynamique externe par le biais de la chaleur du Soleil, cest celui des circulations atmosphrique et ocanique. Il fournit lnergie la vie et produit la pluie, en mme temps quil peut dclencher des forces considrables et causer la mort et la dsolation.

Lnergie gothermique, force interne de la Terre, et lnergie solaire, force externe, se conjuguent pour faonner constamment la surface de la Terre.

Gophysique interne et gophysique externe et, par extension, sciences de la Terre et sciences atmosphriques utilisent de nouveaux outils trs puissants et de nouvelles mthodes qui permettent dtudier comment les forces internes et externes, conduisant la Terre, ont produit une quantit phnomnale de donnes, de connaissances et dinformations pertinentes. Celles-ci ont ouvert des voies nouvelles et des axes de recherche permettant dlucider un grand nombre de questions.

Parmi elles, on peut distinguer celles relatives lexploration et lexploitation des ressources naturelles renouvelables et non renouvelables (ressources minrales et nergtiques, eau) et celles relatives aux phnomnes extrmes aussi bien dorigine interne

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14 Prvision et prvention des catastrophes naturelles et environnementales

quexterne ou combine et, donc, relatives la prvision et la rduction des risques naturels ainsi qu la protection de lenvironnement.

Lintgration des observations directes des phnomnes oprant en surface et de celles, indirectes, des forces agissant lintrieur du globe permet de relever le dfi suivant : comment la Terre a-t-elle volu de ses dbuts jusqu nos jours et quels sont les dveloppements futurs prvisibles de cette volution ?

Bien entendu, cette volution est loin dtre un fl euve tranquille . Elle est ponctue par des catastrophes naturelles qui ont caus et qui causent dinnombrables victimes, des souffrances humaines et des pertes conomiques de plus en plus considrables. Sans entrer dans le dtail de la typologie des catastrophes et de leurs origines, prcisons que les vnements naturels se hissent au niveau des catastrophes quand la vie des gens et leurs biens sont menacs.

On distingue gnralement les catastrophes naturelles, dites gologiques, qui ont leur origine lintrieur de la Terre de celles, hydro-mtorologiques, qui ont leur origine dans la biosphre et de celles, enfi n, qui ont des effets combins dorigine interne et externe tels les tsunamis et les glissements de terrain.

Les dgts engendrs par les catastrophes naturelles ne font quaugmenter, particulirement dans les pays en dveloppement o plusieurs phnomnes connexes et des circonstances aggravantes amplifi ent les pertes et rendent les communauts encore plus vulnrables.

Les catastrophes naturelles se produisent de faon souvent imprvisible. Elles chappent la volont humaine et sont amplifi es par limplication de lhomme. La gravit des effets de ces vnements dpendra donc, dans une large mesure, du degr de vulnrabilit de lenvironnement cr par lhomme.

Les catastrophes naturelles sont aussi dune gravit croissante, compte tenu de leur ampleur, de leur complexit, de leur frquence et de leur impact sur lconomie. Si les phnomnes naturels chappent au pouvoir de lhomme, la vulnrabilit, elle, est le produit de son activit.

Chaque pays doit assurer la scurit et la protection de ses habitants, de ses infrastructures et des autres lments de son patrimoine contre les effets des catastrophes naturelles et environnementales. Celles-ci ne sont pas une fatalit, contrairement aux croyances des

diffrentes civilisations qui y voyaient soit les signes de la colre ou de la punition divine, soit la malchance ou la maldiction, la rvolte ou lavertissement de Dame nature , etc.

Certaines catastrophes sont prvisibles, dautres ne le sont pas encore dune manire prcise dans le temps et dans lespace.

Les progrs rapides des connaissances scientifi ques et de la technique rendent lhomme de mieux en mieux arm pour prvoir non seulement lendroit mais aussi, de plus en plus souvent, le moment o risquent de se produire certaines catgories de catastrophes. Bien entendu, les phnomnes naturels eux-mmes chappent la volont humaine ; mais lhomme peut en attnuer les effets, en diminuer les pertes qui en dcoulent et rduire sa vulnrabilit en amliorant les mesures de prparation aux catastrophes ventuelles. Autrement dit, mme si les calamits ne peuvent tre vites, on peut toutefois en limiter les consquences : dans les rgions les plus exposes aux risques, des

systmes dalerte et des plans durgence peuvent sauver de nombreuses vies et rduire sensiblement les dommages matriels ;

une bonne approche en matire de construction, doccupation des sols et damnagement du territoire, le recours aux analyses des risques, la mise en place de programmes spciaux dducation, de formation, de sensibilisation et de diffusion de linformation sont mme dassurer une protection effi cace et durable contre les effets des catastrophes naturelles et environnementales.

Ltude de la prvision, de la prvention et de la rduction des risques, y compris ceux induits par les changements globaux, se fait au niveau gnral, rgional, national et local.

Un programme daction et des projets de dmonstration ont t mis au point pour la dernire dcennie du sicle pass (1990-1999), dclare par les Nations Unies Dcennie internationale pour la rduction des catastrophes naturelles (DIPCN, ou, en anglais, International decade for natural disasters reduction, IDNDR).

Une centaine de grands programmes internationaux et rgionaux de recherche en rapport avec le sujet sont mis en uvre par les organisations non gouvernementales (ONG) et gouvernementales (OG) comptentes. En effet


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ce thme, fortement mobilisateur pour la communaut scientifi que et technique, est propice aux cooprations internationales et rgionales pour lvaluation, lattnuation et la gestion des risques de catastrophes naturelles et environnementales ou techniques. Mais si la communaut scientifi que internationale sest mobilise tout au long de la dernire dcennie du sicle pass, la prvision et la prvention des catastrophes aux chelons global et rgional ne peuvent se substituer celles des niveaux national et local.

Point triple , aussi bien du point de vue sismique que mtorologique, le Maroc, par sa situation gographique langle nord-ouest du continent africain et la fermeture sud-ouest de la mer Mditerrane, subit des degrs divers la plupart des catastrophes naturelles dj signales, quelles soient dorigine interne (gologiques) ou externe (hydro-mtorologiques), ou les deux, ou encore environnementales. Nous proposons de faire le point sur lvaluation de ces risques pour ce pays aux niveaux national et local, et ce dans leur contexte global et rgional. Nous traiterons ensuite de la question de leur prvention, de leur attnuation et de leur gestion.

Ainsi, cet ouvrage est compos de deux grandes parties et de deux annexes. La premire partie traite de la problmatique gnrale et rgionale des catastrophes naturelles et environnementales en dtaillant les transformations lintrieur et lextrieur de la plante vivante Terre et en prsentant ltude gnrale et rgionale de ces catastrophes. La deuxime partie dtaille les catastrophes naturelles et environnementales au Maroc, leur valuation, leur attnuation aussi bien lchelle nationale que locale. Les deux annexes donnent un bref aperu des programmes, projets, initiatives entrepris aux chelons international et rgional (Mditerrane).


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PREMIRE PARTIE

Problmatique gnrale et rgionale des catastrophes naturelles

et environnementales


Chapitre 1

Transformations lintrieur de la plante vivante Terre

Introduction

Les matriaux qui se retrouvent dans latmosphre, dans les ocans et la surface solide de la Terre (gosphre) ainsi que les forces qui dforment les couches superfi cielles (lithosphre) ont leur origine dans les profondeurs terrestres. La chaleur intrieure de la Terre, dont la source est controverse, alimente notre plante en nergie thermique. Celle-ci cre les forces internes de la Terre qui, non seulement, sont lorigine des mouvements des plaques tectoniques et autres phnomnes associs faonnant nos paysages mais aussi alimentent le champ magntique terrestre qui nous protge des vents et rayonnements solaires mortels.

La structure interne de la Terre, la nature et les proprits de ses couches profondes et les transformations internes sont dduites des tudes et analyses des ondes sismiques issues des grands tremblements de terre, des tudes de tectonique globale, des indices cumuls par diverses sciences de la Terre (gochimie, ptrologie, minralogie) et par les mesures physiques dautres paramtres et phnomnes tels le fl ux de chaleur, les variations dans les champs magntique, gravifi que, lectrique

En particulier, la gophysique applique permet de connatre le contenu du sous-sol et sa composition. Lhtrognit du sous-sol se traduit par les variations

des proprits physiques des roches qui sont lorigine des anomalies . Quant la gophysique fondamentale, combine dautres disciplines voisines en gosciences, elle permet dtudier les phnomnes extrmes qui sont dorigine interne tels les sismes et les volcans notamment.

Le but ultime recherch est de comprendre le fonctionnement de ce moteur interne pour pouvoir prvoir ses -coups et ses emballements en chafaudant une thorie unifi catrice ayant des vertus prdictives quantitatives. Avant de prsenter cette thorie de la godynamique interne , appele galement tectonique globale des plaques, nous traiterons des dterminants qui sont lorigine de ces phnomnes catastrophiques dorigine interne.

Chaleur de lintrieur de la Terre et volcanismeChaleur intrieure de la Terre

Le moteur interne de la Terre est conduit par la radioactivit. Pour la communaut gnrale des gophysiciens, la chaleur interne profonde sous leffet de la pression sajoute celle drive de la radioactivit de luranium, du thorium et du potassium se trouvant en petites quantits lintrieur de la Terre.

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Mais pour le gophysicien indpendant Marvin Herdon, un goracteur , formidable racteur nuclaire de 8 kilomtres de diamtre, est log au cur de la Terre, enchss dans la graine, partie solide du noyau compos de fer et de nickel cristallis. Cest ce goracteur qui alimente notre plante en nergie thermique, laquelle non seulement est lorigine des ruptions volcaniques et du mouvement des plaques tectoniques mais aussi alimente le champ magntique terrestre, vritable bouclier contre les rayonnements solaires nocifs.

Selon la thorie de Marvin Herdon, ce gigantesque racteur nuclaire qui fonctionne probablement depuis les origines de la Terre (4,5 milliards dannes) est vou sarrter quand le carburant fi ssile (uranium) aura brl entirement, moins quil soit supercritique et quil fonctionne comme un surgnrateur, crant plus de combustible nuclaire quil nen brle et assurant ainsi sa prennit.

Signalons que nombreux sont les dtracteurs de cette thorie. Pour eux, il ny a pas dargument gophysique qui milite en faveur de lexistence de cette boule duranium dont le diamtre ne reprsente que 6.10-4 celui de la Terre, mais ils admettent en mme temps quil est diffi cile de rfuter cette hypothse, arguant la diffi cult de dtection dune si petite boule loge au cur de la Terre.

Quoi quil en soit thorie du goracteur ou surchauffe cause par la combustion de roches radioactives , le gradient gothermique augmente de la surface de la Terre son centre o il atteint la temprature de 5 500 C. Le fl ux gothermique, bien que faible (0,06 W/m2), est le moteur des mouvements horizontaux, et donc verticaux, de la lithosphre. Le travail de ce moteur apparat au niveau de la tectonique des plaques et de ses manifestations que sont les tremblements de terre, lorogense et les ruptions volcaniques. Bien plus, la plupart des phnomnes gologiques sont en rapport direct avec la chaleur interne de la Terre.

Cette chaleur atteint la surface par des courants convectifs dans le manteau. La manifestation grande chelle de ce processus est l expansion des fonds ocaniques au niveau des dorsales. La nouvelle lithosphre chaude et magmatique, apparaissant au niveau de ces dorsales, se refroidit la surface en

sloignant de sa source et se recycle en retournant au manteau par subduction au niveau des fosss ocaniques, tel un gigantesque escalier roulant.

Le fl ux de chaleur dans les continents est corrl avec la tectonique des plaques (fi gure 1.1). Les valeurs basses se retrouvent dans les rgions stables (cratons) ou au niveau des fosss ocaniques et les valeurs leves dans les rgions tectonises (rifting rcent, orognie et volcanisme). La temprature augmente rapidement avec la profondeur jusqu 100 kilomtres. Le gotherme atteint le point de fusion initial dans lasthnosphre, moins rigide que la lithosphre. Au-del de 300 kilomtres, il sinfl chit et la temprature augmente de 1 200 C jusqu 5 500 C 6 378 kilomtres (au centre de la Terre) (fi gure 1.2). La courbe de variation de la temprature de fusion du fer coupe le gotherme en deux points illustrant la partie fl uide de lintrieur de la Terre quest le noyau externe. La temprature a pu tre value par trois mthodes indpendantes qui sont cohrentes dans lensemble : la dtermination exprimentale du point de fusion/

cristallisation du fer pur 300 GPa est de 6 200 K. Or, il sagit en fait dun alliage fer/nickel qui a une temprature de fusion lgrement infrieure celle du fer ;

la mthode de Poirier, qui a dtermin un modle de fusion par dislocation, trouve la valeur de 6 000 K ;

la modlisation numrique de la convection dans le manteau, quant elle, donne 5 000 K.

Ces dterminations montrent que la temprature du centre de la Terre est gale celle de la surface du Soleil (6 000 K) et que, par ailleurs, cette temprature atteint 15 106 K au centre du Soleil.

Fig.1.1. Corrlation entre le fl ux de chaleur et la tectonique des plaques.

Source : F. Press, R. Siever (1993).


Transformations lintrieur de la plante vivante Terre 21

La chaleur allie la pression fait fondre les matriaux du manteau suprieur et celui de la base de la crote. Le magma form cristallise pour donner les roches ignes.

Volcanisme

Un volcan est un cne (sous forme de montagne ou colline) construit par le matriel provenant de lintrieur de la Terre et ject par pression lextrieur de celle-ci (fi gure 1.3).

Les volcans comme les sismes sont les manifestations des forces de lintrieur de la Terre qui ont toujours t actives travers les temps gologiques.

Les volcans peuvent tre considrs comme des fentres qui permettent de voir ce qui se passe lintrieur de la Terre. Le volcanisme se produit essentiellement proximit des frontires des plaques, dans les zones de subduction disposes en arcs insulaires et le long des dorsales ocaniques. Les volcans de ces rgions drivent leur magma de la fusion des composants des plaques lithosphriques. Les magmas sont issus de la fusion partielle des roches. Cette fusion partielle sopre quand la lithosphre senfonce dans lasthnosphre. Elle dpend de trois paramtres : la

pression, la teneur de la roche en gaz dissous (H2O, CO2) et la temprature. La fusion peut donc survenir par suite dune dcompression ou dun apport deau ou encore dune lvation de temprature.

Quatre-vingt-dix pour cent des volcans sont ocaniques et le plus souvent basaltiques.

La classifi cation de la lave est fonde sur sa teneur dcroissante en silice et croissante en fer et en magnsium. La composition chimique et la teneur en gaz sont importantes pour dterminer la forme et le type des ruptions volcaniques.

Dans le volcanisme effusif avec de longues coules relativement peu dangereuses, les magmas basaltiques sont chauds (de lordre de 1 200 C), fl uides et denses (riches en minraux ferromagnsiens et pauvres en silice).

Quant au volcanisme explosif, quoique plus rare, il est extrmement spectaculaire et dangereux. Les magmas rhyolitiques, moins chauds (de 900 1 000 C), riches en gaz et peu denses, scoulent diffi cilement. La surpression est lorigine de violentes explosions. Cest le cas notamment de la montagne Pele, en Martinique, qui a caus la mort 30 000 personnes au dbut du XXe sicle, et Nevado del Ruiz, en Colombie (1985), avec 25 000 morts.

Fig.1.2. Gotherme montrant comment varie la temprature de la surface de la Terre son centre par rapport la courbe de fusion du fer ou solidus.




Le basalte peut tre trs fl uide et peut construire, partir des fi ssures, des plateaux basaltiques. Les boucliers volcaniques se forment par des ruptions successives.

Par ailleurs, lvidence des transformations de lintrusion igne et du mtamorphisme par chaleur et pression est fonde sur la structure et la forme de corps plutoniques dans les roches mtamorphiques qui leur sont associes. Lintrusion peut se faire sous la forme de dykes, sills, batholites, laccolithes

Comme pour les roches ignes et les roches mtamorphiques, la texture et la minralogie sont les indicateurs de la pression et le thermomtre du mtamorphisme.

Les dpts volcaniques sont importants non seulement pour leurs rvlations sur lintrieur de la Terre mais aussi compte tenu des styles druptions.

Lcoulement de la lave basaltique est plus fl uide et plus rapide que celui de la lave siliceuse. La vitesse dcoulement de la premire peut atteindre 100 km/h.

Les styles druptions sont varis, allant de ceux qui produisent un cne parfaitement symtrique (Fujiyama) aux ruptions pyroclastiques, comme la montagne Pele, ou des explosions phratiques (Krakatoa), ou encore une inondation basaltique, comme cest le cas pour le plateau de Colombie. Dautres ruptions, telle celle de Kilauea Hawaii, annonces par des vnements prcurseurs suivis de pousses de lave relativement lentes, ont caus des dgts matriels mais pas humains.

Pour donner une ide de lampleur de ces phnomnes, les coules de basalte qui ont cr le plateau de Colombie ont couvert une surface de 130 000 kilomtres carrs et ont difi un relief de 1 500 mtres de haut. Certaines dentre elles ont dpass 100 mtres dpaisseur et dautres ont t si fl uides quelles se sont tales sur plus de 60 kilomtres autour du cratre. Le volume total de basalte libr durant lpisode volcanique du miocne est estim plus de 100 000 kilomtres cubes. Ceci na pas manqu de

Fig.1.3. ruption du volcan Cerro Negro (1962).




bouleverser le paysage. Le Deccan, en Inde, ainsi que le Paran, au Brsil et au Paraguay, sont dautres exemples de plateaux continentaux volcaniques o les basaltes ont couvert respectivement 500 000 et 750 000 kilomtres carrs.

Le volcanisme, par les normes quantits deau, de dioxyde de carbone, dautres gaz et par les arosols lchs dans latmosphre, est non seulement un facteur important du dveloppement des continents mais aussi des modifi cations du climat de la Terre.

Gravimtrie terrestre

Cest Kepler qui tablit au dbut du XVIIe sicle que les plantes dcrivent des ellipses autour du Soleil. Newton, une cinquantaine dannes plus tard, dtermine la loi mathmatique universelle qui rgit le mouvement des plantes. La force dattraction qui sexerce entre deux objets m1 et m2 est donne par la formule de Newton, ou formule dattraction universelle :

F = G m1.m2/d2

avec G : constante de la gravitation universelle = 6,673.1011 N/m2/kg2 ;

d : distance sparant les deux objets en mtres.En appliquant cette formule g, la gravit terrestre, on trouve :

g = G.mT/R2 = 9,8 m/s2

avec mT : masse de la Terre = 6.1024 kg ;

R : rayon de la Terre = 6 378 160 m.Nous allons prciser la gravit terrestre dans ce qui suit.

quilibre hydrostatique dune masse fluide de densit uniforme en rotation

Sous laction de sa propre force de gravitation et de la force centrifuge, une masse fl uide prend la forme dun ellipsode de rvolution aplati aux ples. Laplatissement est dfi ni par :

f = (a c)/ao a et c sont les longueurs des demi-axes de lellipsode.

La Terre nest pas compltement en quilibre hydrostatique mais en est trs proche. Les tudes des orbites des satellites artifi ciels ont permis de dterminer, pour la Terre, f = 1/298,25 au lieu de 1/299,8 pour lquilibre hydrostatique, soit :

a moyen = 6 378,160 km,c = 6 356,775 km.

Pesanteur et gode

Le champ des forces agissant sur une particule lie la Terre comprend plusieurs champs.

Champ drivant dun potentiel dattraction newtonien (U) de toutes les masses composant la Terre. Si est lacclration exerce sur un point P, ses composantes sont les drives partielles de U par rapport aux coordonnes de ce point :

x = U/x = G v K(x x) QP3dV ;

y = U/y = G v K(y y) QP3dV ;

z = U/z = G v K(z z) QP3dV ;

avec V : volume de la terre ;x, y, z : coordonnes de P ;x, y, z : coordonnes de Q ;a c = 21,385 km.La masse de la Terre est de 5,977 1021 tonnes et sa densit moyenne de 5,517 g/cm3.

Pour dfi nir la forme de la Terre, on a recours au champ de pesanteur de celle-ci, ce qui introduit la distribution de masses (caches lintrieur de la Terre) dans une quation gomtrique.

Champ dacclration axifuge (V) d lentranement de la particule par la rotation de la Terre. Celle-ci tourne la vitesse constante. Son acclration tangentielle est nulle. Ce potentiel axifuge V a donc pour composantes :

V/x = 2x, V/y = 2y et V/z = 0 ;V = 2 (x2 + y2) = 2r2cos2.

Champ des forces dues lattraction luni-solaire qui donne les mares. Ces forces sont faibles et variables, et peuvent tre facilement calcules. Elles sont donnes par des tables.

Champ des forces molculaires : forces de cohsion. La mcanique classique newtonienne permet de dcrire le mouvement des plantes du systme solaire par les lois de Kepler en labsence de forces de cohsion. En mcanique quantique, on inclut ces dernires pour accder au monde des particules et dcrire les molcules, atomes et noyaux.

La pesanteur g, appele gravit, est la rsultante de lattraction newtonienne des masses formant la Terre (U) et de la force axifuge (V). La direction de g est par dfi nition la verticale du lieu et son intensit



lacclration de la pesanteur. Elle est exprime en cm/s2, ou gal, ou, le plus souvent, en milligals (mgal) : 1 mgal = 103 gal.

Dans un systme de coordonnes orthogonales avec laxe des z concidant avec laxe de rotation de la Terre, et lorigine avec son centre de gravit, le potentiel en un point P de coordonnes x, y, z est W :

W = U + V = G V dm/PQ + 2r2cos2

avec V/x = 2x, V/y = 2y et V/z = 0 et o M est la masse totale de la Terre, r est la distance entre les points P et Q, dm un lment de masse de coordonnes x, y, z et la vitesse de rotation de la Terre.

G (constante de gravitation universelle) = (6,673 0,003) 108.cm3.g1.s2 = 2/3.107 CGS.Lacclration de la pesanteur drive de W qui se

dcompose en : gx = W/x

g = grad W { gy = W/y gz = W/z lintrieur des masses attirantes, ce potentiel vrifi e

lquation de Poisson :divg = 2W = 2W/x2 + 2W/y2 + 2W/z2

= 22 2U = 0.Le potentiel de gravitation vrifi e, lui, lquation de

Laplace : W = constante.Les quations W = constante reprsentent une famille

de surfaces quipotentielles ou surfaces de niveau. Les trajectoires qui leur sont perpendiculaires sont les verticales ou lignes de champ. gW/x augmente de 5 gals de lquateur aux ples.

Enfi n, les variations du champ de gravit la surface de la Terre sont corrles avec la forme de cette dernire et avec les changements gologiques en subsurface. Les anomalies de la pesanteur sont produites par les diffrences de densit des couches gologiques plus ou moins profondes.

Mais pour rendre reprsentatives les valeurs de g mesures, il est ncessaire de ramener toutes les observations une mme altitude. Pour cela, il faut faire les rductions lair libre (ramener les mesures laltitude 0) et faire la rduction de Bouguer qui tient compte des masses entre le point de mesure et le gode.

Il est naturel que la surface dfi nissant la fi gure de la Terre contienne et prolonge la surface dquilibre des mers. Cette surface, appele gode, est une surface quipotentielle, diffi cilement accessible, choisie de niveau

zro, partir de laquelle on comptera les altitudes.Laltitude dun point est la longueur de la verticale

allant du point au gode. En godsie scientifi que, la constante gopotentielle

remplace laltitude.

Anomalies de la pesanteur

On appelle anomalie de la pesanteur la quantit g = go , o go est la valeur de g sur le gode au point P et la valeur de g sur Q points correspondants de lellipsode international de rfrence.

Anomalie lair libre = gobs go + corr. air libre ou de Faye avec go = g (1 + 2 h/a).

Si h est exprime en mtres, dg/dh = 0,3 086 mgal/m.Anomalie de Bouguer = anomalie lair libre + corr.

Bouguer, pour laquelle on choisit une certaine densit (c) gnralement gale 2,67 g/cm

3.La rduction de Bouguer est :

grd = gmesur Pterme de Bouguer + 2 gh/a (Faye) + gcorrection topo

Anomalie isostatique dAiry : les anomalies lair libre sont sensibles aux variations de relief (ressemblance aux cartes topographiques). Les anomalies de Bouguer donnent une bonne corrlation avec laltitude moyenne. Lhypothse dAiry (1855) propose qu partir dune certaine profondeur (profondeur de compensation ), les surfaces de niveau soient des surfaces dgales pressions. La masse de leur relief est plus ou moins compense par le dfi cit de masse d la prsence de roches lgres dans un magma (fi gure 1.4). On a :

(h + E + R) 1 = E1 + R= ho) + (E Ro R)1 + R.

Fig.1.4. Principe de lanomalie isostatique dAiry.



Lgalit des masses donne, pour les racines des montagnes, R = 4,45 h et, pour les dfi cits des crotes ocaniques, R= 2,73 ho si on prend o = 1,03, 1 = 2,67 et = 3,27.

Le traitement des mesures gravimtriques de la Terre fait souvent appel un certain nombre de modles mathmatiques dcrivant approximativement les proprits gomtriques et dynamiques de notre plante, et concidant de plus en plus avec le gode. Cest lellipsode international de rfrence, surface mathmatique distincte de celle du gode qui, elle, est une surface physique. Mais ces deux surfaces sont trs proches lune de lautre. Lellipsode de rfrence permet de dfi nir le quasi-gode, laltitude normale, la dviation de la verticale, le potentiel perturbateur et les anomalies de la pesanteur.

Ces mesures de la pesanteur corriges et rduites sont aussi dune grande utilit pour la prospection gophysique. La fi gure 1.5 donne une reprsentation de la variation de lanomalie gravimtrique de Bouguer avec la topographie.

Magntisme terrestreDfinition et caractristiques du champ magntique terrestre

La Terre baigne dans un champ magntique terrestre (CMT). Ce champ, qui est diffrent de celui

de la pesanteur et du champ lectrostatique, modifi e les proprits de la matire quil imprgne et celles de lespace environnant. En plus, il agit comme un bouclier invisible et se dploie sur environ 64 000 kilomtres dans lespace constituant la magntosphre. Cette dernire est confi ne dans lespace par les vents solaires lectriss qui cherchent la repousser. La magntosphre est donc impermable aux vents solaires except du ct des ples terrestres par o sinfi ltrent les particules lectriques lors des ruptions solaires donnant naissance aux aurores borales et australes.

Le CMT a son origine, pour sa partie principale (plus de 90 %), lintrieur du globe. En premire approximation, il peut tre assimil celui dun petit aimant plac au centre de la Terre (diple central). Laxe du diple fait un angle de 11,5 avec laxe de rotation de la Terre et le plan contenant la fois le diple et laxe de rotation de la Terre est le plan mridien 96 ouest (fi gure 1.6). Ainsi, la Terre peut tre considre comme une sorte de gigantesque aimant dont le champ magntique est gnr par les mouvements du fer fl uide dans le noyau externe par rapport celui, solide, du noyau interne.

On peut aussi assimiler la Terre un volume sphrique uniformment aimant suivant la direction du diple. La valeur de lintensit daimantation serait de 0,079 CGS ; titre de comparaison, laimantation de barreaux aimants est de quelques centaines dunits CGS et laimantation saturation du fer est voisine de 1 700 CGS.

Fig.1.5. Variation de lanomalie de Bouguer avec la topographie.




Le champ dipolaire ainsi dfi ni rend compte de plus de 90 % du champ magntique terrestre actuel ; le reste est dit champ non dipolaire . La rpartition de ces deux champs varie dune anne lautre : cest la variation sculaire . Au cours du sicle dernier, le champ dipolaire a dcru de 0,04 % par an. On a montr que le champ terrestre et la variation sculaire ont leur origine lintrieur de la Terre. On a mme pu mettre en vidence une drive vers louest du champ non dipolaire (0,2 par an) qui est due au dcouplage mcanique entre le noyau externe et le manteau.

Mais le CMT ne varie pas seulement dans le temps, il varie aussi dans lespace. Les variations trs longues ont leur origine lintrieur de la Terre et celles qui sont trs courtes sont attribues lespace. Ces variations sont soit diurnes et rgulires, soit plus rapides et accidentelles, dues lactivit lectronique et aux missions du Soleil (agitations magntiques), soit encore trs lentes (sculaires).

Dtermination du CMT

En un point donn O, au temps t, le CMT peut tre reprsent par un vecteur F dont la direction est celle

que prendrait une aiguille aimante mobile autour de son centre de gravit place en O et le sens qui va du ple sud de laiguille son ple nord (fi gure 1.7).

Trois composantes dterminent 'F dans un rfrentiel donn : D est la dclinaison, I linclinaison et H lintensit de la composante horizontale (qui peut tre dcompose en X et Y, composantes nord et est de H). Z est lintensit composante verticale et |F| lintensit totale :

sin D = Y/H, cos D = X/H, tg D = Y/X ;sin I = Z/F, cos I = H/F, tg I = Z/H ;

F2 = H2 + Z2 = X2 + Y2 + Z2.La valeur absolue du CMT est effectue frquemment dans les observatoires o des dispositifs enregistreurs permettent, en outre, de suivre la variation des lments du CMT dans le temps dune manire continue. Lordre de grandeur du CMT est de 0,5 Gauss (en CGS) ou 50 000 (1 = 105 Gauss). En toute rigueur, lintensit dun champ magntique se mesure en rsteds mais la permabilit de lair est trs peu diffrente de 1.

Le CMT est minimum (de lordre de 33 000 ) au voisinage de lquateur magntique qui est le lieu des points o I = 0 et Z = 0 ; il est maximum (de lordre de 70 000 ) prs des ples magntiques dfi nis par I = 90 et H = 0. La variation sculaire est variable gographiquement et peut atteindre de 100 150 par an.

Fig.1.7. Composantes du vecteur champ magntique terrestre.

Fig.1.6. Champ magntique terrestre bipolaire.



Variations et inversions du CMT

Le CMT varie en permanence en intensit comme en direction. Les petites variations annuelles sont lies, pour lensemble, lvolution des courants lintrieur de la Terre. La rpartition du CMT sur la surface terrestre nest pas rgulire. Cette surface doit tre couverte dun rseau de stations o lon procde la mesure de trois composantes indpendantes (gnralement D, H et Z). Ainsi, des rseaux plus ou moins denses suivant les rgions couvrent la surface du globe.

Les variations rapides du champ sont trs variables et peuvent atteindre plusieurs milliers de dans le cas des orages magntiques. La variation diurne est en gnral de lordre de 100 200 en amplitude.

Sur une chelle de temps gologique, le CMT peut sinverser (le ple Nord magntique devient le ple Sud et inversement).

Anomalies du CMT

Les dterminations du CMT dans la campagne sont ncessaires pour complter les rseaux existants, soit dans les zones o la densit des stations de mesures/observations est trs faible, soit dans les zones o la distribution du CMT est perturbe par la prsence de roches magntiques en subsurface. Rciproquement, ltude de ces perturbations ou anomalies trouve une application dans la prospection magntique en gophysique applique. On utilise en effet les mesures du CMT pour mettre en vidence des anomalies locales dans la distribution de ce champ, associes des contrastes entre les proprits magntiques des roches du sous-sol.

Par dfi nition, une anomalie du CMT (F) est :F = Fobs Fth

o Fobs est la valeur mesure du CMT et Fth est la valeur, au mme point, du CMT calcule partir dun modle thorique (modle dipolaire).

Les anomalies magntiques F sont trs variables en grandeur et peuvent atteindre plusieurs milliers de .

Dans le cas de la Terre, le CMT drive dun potentiel V :F = grad V.

Aimantation des roches et palomagntisme

La matire peut avoir trois comportements diffrents en prsence du CMT :

le diamagntisme, cest le cas de la plupart des corps solides, liquides ou gazeux ;

le paramagntisme, ou aimantation non rmanente ; le ferromagntisme, qui a une aimantation rmanente

pouvant tre soit naturelle (ARN), soit isotherme (ARI), soit thermo-rmanente (ATR).

Le palomagntisme tudie laimantation des roches pour retrouver leurs variations dans le pass. Plusieurs roches mmorisent en effet la direction du CMT en se refroidissant au moment de leur apparition la surface de la Terre. En tudiant la magntisation rmanente des roches, le palomagntisme permet de retracer non seulement lhistoire de la variation du CMT et, particulirement, lchelle temporelle des inversions des ples mais aussi la variation des mouvements de la lithosphre au cours des temps gologiques.

En ce qui concerne linversion des ples, rappelons quelle sest produite plusieurs reprises dans le pass, comme le montrent les donnes palomagntiques inscrites dans les roches. Mais alors que le Soleil connat des inversions magntiques tous les 11 ans (cycle dactivit solaire), celles du globe se font des chelles de temps plus irrgulires et plus longues. G. Glatzmaier et P. Roberts ont pu tablir, en modlisant les mouvements de convection dans le noyau terrestre, quil y a inversion du CMT tous les 200 000 ans en moyenne. Ces changements de polarit sont guids par des fl uctuations de chaleur entre le noyau externe liquide et le manteau qui lentoure, ce dernier jouant le rle dacclrateur de phnomne et le noyau interne celui de stabilisateur. Mais quand les conditions thermiques, dynamiques et magntiques concident, linversion survient rapidement (entre 5 000 et 200 000 ans). La mthode de datation isotopique potassium-argon, quant elle, utilisant des spectromtres de masse, a permis dtablir les inversions survenues pendant les 5 derniers millions dannes.

Les mesures satellitaires et les simulations numriques permettent de dterminer la vitesse et la direction de dplacement des ples magntiques la surface du globe. Actuellement, le ple magntique Nord se dplace en direction du nord-ouest. Ce dplacement est estim 1 200 kilomtres durant le sicle dernier. En plus, le CMT saffaiblit en menaant, si cette tendance se poursuit, de sannuler dans 1 500 annes avant de sinverser, ce qui reprsentera une catastrophe plantaire.



Les observations sur le CMT actuel et sa variation sculaire conduisent deux hypothses de base du palomagntisme : en utilisant le modle dipolaire axial pour le CMT et

en liminant leffet de sa variation sculaire, il devient possible de comparer des directions palomagntiques obtenues dans des rgions trs loignes. Ainsi, les ples gomagntiques virtuels (PGV) de formation de la mme poque devraient tre les mmes. La fi gure 1.8 montre les positions de ple magntique du prsent 500 millions dannes daprs les donnes europennes et amricaines ;

les formations du quaternaire et du tertiaire suprieur lchelon de toute la Terre ont des PGV concordant avec les ples gographiques (carts infrieurs 15) pour des valeurs moyennes calcules partir de formations rparties sur un temps assez long. Pour des priodes gologiques plus recules, on compare les latitudes donnes par le palomagntisme celles que donne la paloclimatologie dans lhypothse de la rpartition zonale du climat.

Ainsi, la contribution du palomagntisme, par ltude du magntisme ancien de roches de continents diffrents et de mme priode, ltude de la tectonique globale est trs importante.

Sismologie et intrieur de la TerreGnralits sur les sismes lasticit et tremblements de terre

La sismologie est la science de ltude des tremblements de terre. Elle peut tre relative : ltude macrosismique des sismes violents du pass,

ou macrosismicit ; ltude de la rpartition gographique des sismes, ou

sismicit ; la sismomtrie, ou dtermination des mouvements du

sol ; ltude des ondes sismiques, signaux dont la

dformation renseigne sur la structure interne du globe, que nous allons traiter.

Un sisme est un mouvement naturel du sol qui dbute brusquement et dure peu de temps. On observe souvent la formation ou le rejeu dune faille, cest--dire le glissement relatif de deux portions de la crote terrestre. Les mouvements engendrs par les trois principaux types de failles sont la compression, lextension et le coulissage .

Les forces de lintrieur de la Terre, conduites par la chaleur terrestre interne, sexpriment sous forme de tensions engendrant des dformations lentes.

Dans un domaine lastique (llasticit tant ltude des dformations dun corps sous linfl uence de forces), il y a proportionnalit entre la tension (T) et la dformation (D). La loi de Hooke (physicien anglais du XVIIe sicle) exprime cette proportionnalit :

D = KT.Pour un corps qui nest ni homogne ni isotrope

comme la Terre, T est reprsente par 6 paramtres. Il en est de mme pour D. Il faut donc, dans le cas gnral, connatre 36 coeffi cients pour tablir la relation entre une quelconque des composantes de la tension et celles de la dformation, alors quil ne faut que 2 coeffi cients dans le cas des corps homognes et isotropes (dformation dans le sens de la tension et dans le sens qui lui est perpendiculaire).

Ainsi, les tensions internes dj signales fi nissent par dpasser, au lieu o elles sexercent, la rsistance des roches au cisaillement. cet endroit, quon appelle foyer ou zone focale, se produit une rupture. Simultanment, cette rupture engendre des ondes lastiques qui constituent le sisme et qui se propagent, partir du

Fig.1.8. Courbes PGV fondes sur les donnes gomagntiques du prsent 500 millions dannes.




foyer, soit travers le globe terrestre (ondes de volume), soit paralllement la surface (ondes de surface). Les quations rgissant la propagation de ces ondes drivent de la relation fondamentale de la dynamique.

F = mo les forces (F) se dduisent des tensions (T) et o les acclrations () se dduisent de la drive seconde des dformations, ce qui donne les quations des ondes planes de compression et des ondes transversales de cisaillement dont les vitesses sont fonction des proprits mcaniques et rhologiques des milieux traverss. Ainsi, les ondes de volume comprennent : les ondes P longitudinales, arrivant les premires, avec

Vp = + 2/ ; les ondes transversales ou de cisaillement, arrivant

aprs, Vs = /. Pour ces deux types dondes, et sont les paramtres de Lame et la densit du milieu.Les ondes de surface, quant elles, comprennent : les ondes de Love, arrivant aprs les ondes S et

nayant pas de composante verticale ; les ondes de Rayleigh.Un grand tremblement de terre fait vibrer la Terre tout entire. Les trois principaux modes de vibration de la Terre sont illustrs par la fi gure 1.9. Les dformations/mouvements que font subir ces ondes sismiques aux milieux traverss sont :

longitudinaux pour les ondes P (succession de compressions et de dilatations) ;

horizontaux et verticaux pour les ondes S(distorsions) ;

horizontaux sinusodaux pour les ondes de Love (sans dplacement vertical) ;

horizontaux et verticaux pour les ondes de Rayleigh (dformations dans tous les sens).

Lnergie libre par un tremblement de terre peut tre considrable. Elle peut atteindre 1025 ergs. (Pour mmoire, 1 kg de dynamite libre 4 1019 ergs.) Elle est donc beaucoup plus grande que celle dune explosion nuclaire. Il est donc possible denregistrer les ondes issues dun grand tremblement de terre sur le globe tout entier den dduire les proprits gomtriques ainsi que physiques de lintrieur de la Terre et, donc, la structure de cette dernire. Cest la seule mthode qui permet actuellement davoir des donnes prcises sur lintrieur du globe terrestre.

Une autre exploitation des ondes sismiques se fait par le biais de la prospection sismique qui, par ses hautes prcision et rsolution, est une des mthodes gophysiques les plus performantes et les plus effi caces pour la prospection ptrolire et la prospection minrale en gnral.

Fig.1.9. Schma des trois modes vibrationnels de la Terre.



Propagation des ondes lintrieur de la Terre

Propagation des ondes planes

Soit lquation de londe plane :2y/t2 = c22y/x2.

On dsigne par y le dplacement. Pour rsoudre cette quation, on fait le changement de variables suivant : X1 = x ct ; X2 = x + ct.On a : y(x, t) = G (X1, X2) 2G/x2 = 0 G (X1, X2) = f (x1) + F (x2). La solution gnrale est donc :

y (x, t) = f (x ct) + F (x + ct)avec : f (x ct) : onde plane progressive dans le sens des x

croissants ; F (x + ct) : onde plane progressive dans le sens des x

dcroissants.Les fonctions f et F sont dduites des conditions initiales et des conditions aux limites.

Les conditions aux limites sont vrifi es si sin (kl) = 0 ; dans ce cas, k nest plus une variable continue mais elle prend une srie de valeurs discrtes. Cela est d la nature des conditions aux limites :

k = n /l.En sismologie, on est intress, de plus, par le cas o

k est une variable continue, cest--dire dans le cas de spectre continu.

Onde harmonique simple. La solution de lquation donde peut tre considre comme la superposition des ondes lmentaires de la forme :

y (x, t) = A cos (2 [x/ t/c])avec A : lamplitude et : la longueur donde.

Vecteur donde : polarisation

La transmission de la perturbation de caractre vectoriel travers certains milieux est un phnomne qui se prsente dans beaucoup de problmes physiques. On gnralise donc lquation en crivant :

2yi/t2 = c22yi/x

2i.

On suppose que yi dpend uniquement de xl. La solution gnrale est donc :

yi (xi, t) = fi (xi ct) + Fi (xi + ct) (i = 1, 2, 3).Sil y a une nouvelle restriction sur la variation des

composantes Ui de la perturbation transmise, on dit que la perturbation est polarise.

Soit le cas particulier :yi (x, t) = Ai cos (K (x1 ct) + i)

si A1 = 0, les particules du milieu dcrivent des ellipses, la perturbation est elliptiquement polarise ;

si |2 3| = /2 et A2 = A3, les ellipses sont des cercles, il y a polarisation isotrope ;

si |2 3| = 0 ou A2 = 0 ou A3 = 0, les ellipses dgnrent en lignes droites, il y a polarisation plane.

Ondes stationnaires

Si nous superposons deux ondes harmoniques de mmes amplitude et longueur donde et se propageant dans deux directions opposes, y (x, t) devient donc un produit de deux fonctions de variables spares x et t :

Y (x, t) = Acos (kx + ) cos (kct + ).Cest une onde stationnaire :

y = 0 en Kx + = (n + ) prsente un nud ; y maximale en Kx + = n prsente un ventre.Une mthode sinspire des ondes stationnaires pour rsoudre lquation gnrale des ondes. Elle consiste en une sparation de variables. On prend la solution particulire :

Y (x, t) = X (x).T (t).Cette quation correspond une onde stationnaire

et la solution gnrale est la superposition des ondes stationnaires qui, elle, ne lest pas ncessairement.

Dispersion des ondes

Cest dans le vide que les ondes se propagent sans attnuation ni variation de forme. Si on prend une corde vibrante soumise une force proportionnelle au dplacement, lquation donde devient :

2y/t2 = c22y/x2 hy.La dpendance entre c et k implique que la forme de

la perturbation change, en gnral de faon continue, dans le temps puisque chaque onde se propage avec sa propre vitesse. La propagation se fait en trains dondes. Ce phnomne est appel dispersion.

nergie des ondes planes

Les nergies cintique et potentielle dun systme vibrant entre deux plans x = x et x = x, dues un dplacement associ la propagation dune onde plane, sont exprimes par :

Ec = a (y/t) 2dxEp = b (y/x) 2dx.



Le principe dHamilton dit que lnergie totale dune onde plane est tout instant pour moiti cintique et pour lautre moiti potentielle.

Dans le cas dune onde plane non dispersive, lnergie traverse le milieu la vitesse c.

Propagation des ondes planes dans une direction gnrale

Si la propagation se fait dans des directions gnrales, la solution scrit tout simplement :

yi (xi, t) = fi (lixi ct) + Fi (lixi + ct)avec Li (i = 1, 2, 3) : direction quelconque.

Lquation gnrale des ondes est donne par :2y/t2 = c22y

avec 2 = 2/xi2.

La solution gnrale est donne par Kirchhoff : la valeur yp (t) donne la valeur de y un temps t en nimporte quel point P :

yp (t) = {1/cr r/ [y/t] [y] / (1/r) + l/r [y/]}dS.

Les crochets [ ] signifi ent quil faut valuer la fonction en un point Q de S un instant (t r/c) et r est gal PQ.

Lintgration se fait sur toute la surface S, et yp (t) se dtermine comme tant le rsultat de la propagation de tous les points de S vers P avec la vitesse C. Donc, chaque petite surface dun milieu peut tre considre comme une source secondaire transmettant la perturbation dans toutes les directions : cest le principe dHuygens.

Cas de la symtrie sphrique

Si y est symtrique par rapport un centre O, et si r est la distance par rapport ce centre, lquation gnrale des ondes peut scrire dans ce cas :

2(ry)/t2 = c22(ry)/r2

dont la solution gnrale est :y = r1 {f (r ct) + F (r + ct)}.

La solution correspond la transmission dune onde sphrique. Y est la mme en tous points distants de r du centre O. Le front donde est sphrique tout instant.

Pour les mouvements des ondes en deux dimensions, lquation est :

2y/t2 = c2(2y/x12 + 2y/x2

2).Dans le cas simple de symtrie sphrique, lquation

devient :2y/t2 = c2(2y/r2 + l/r y/r).

Pour rsoudre cette quation, on fait appel la mthode de sparation des variables y = R(r) T(t). Lquation prcdente devient :

1/c2T d2T/dt2 = 1/R d2R/dr2 + 1/rR dR/dr = k2

avec T = C cos (kct + ) et r2d2R/dr2 + rdR/drk2r2R = 0. Cest une quation de Bessel. Donc, la solution gnrale est :

Y = AJo(kr) + yo(kr) cos (kct + )avec Jo(x) = 1 x

2/22 + x4 /22 42 x6/22 42 62.

Cas des ondes sismiques

Des enregistrements permanents du mouvement du sol sont faits dans les observatoires sismiques. Leur tude a permis dobtenir les lois suivantes : la Terre possde une symtrie sphrique ; le temps

de parcours de londe entre lpicentre et la station ne dpend que de la distance entre ces deux points et non de leurs positions respectives par rapport la Terre (valable pour les sismes non proches, cest--dire ceux dont la distance picentrale est suprieure ou gale 2 000 kilomtres) ;

la Terre ayant cette symtrie, on a construit des tables de propagation donnant, en fonction de la distance, le temps mis par une certaine onde pour se propager du foyer la station ;

la table de propagation la plus utilise est celle de Jeffreys Bullen et date de 1940. La connatre permet de calculer les vitesses des ondes sismiques lintrieur du globe.

Le problme fondamental de la sismologie tant de trouver les proprits de lintrieur du globe partir des observations superfi cielles, on recherchera la loi de vitesse V(z) partir de lhodochrone, dtermin exprimentalement. De la courbe t(), on dduit Va() = d/dt, qui est aussi V(z).

Ainsi, la connaissance de la courbe de propagation des ondes P ou S entrane celle des rpartitions en profondeur des vitesses correspondantes. Cest la loi dHerglotz Wiechert pour le plan :

Z (1) = 1/1

Cette loi des vitesses nous permet de diviser la Terre en trois zones principales, en plus de la crote terrestre, mince pellicule superfi cielle dont lpaisseur moyenne est de lordre de 30 kilomtres.

argch V a(1)/Va()d



Structure de lintrieur de la Terre

On trouve, de la base de la crote au centre de la Terre (fi gures 1.10 et 1.11) : le manteau, qui est situ entre 30 et 2 900 kilomtres

avec, vers 400 kilomtres de profondeur, une zone faible vitesse . Celle-ci est certainement lie des questions disostasie ainsi qu des mouvements de convection dans le manteau. Compos de roches ultrabasiques (pridotites, gabbros) dominante siliceuse et magntique, le manteau est appel galement SIMA. La temprature atteint sa base 3 700 C. Vp y varie de 8 14 km/s, Vs de 4,5 7,5 km/s et (densit) de 3,4 6 ;

le noyau externe, qui est situ entre 2 900 et 4 500 kilomtres de profondeur. Il est fl uide. Cette partie comme la suivante correspond, par sa densit, un alliage de nickel et de fer. On lappelle le NIFE. Dans le noyau externe, il ny a pas donde S, ce qui confi rme sa fl uidit. Il ny a quune seule onde de volume appele K. Sa vitesse varie de 8 10,4 km/s et sa densit de 10 12 (valeurs non corriges). La temprature y varie de 3 700 4 300 C. Elle est situe au-dessus de la temprature de fusion du fer. Cest pour cette raison que le noyau externe est fl uide ;

le noyau interne, situ entre 4 500 kilomtres et le centre de la Terre (6 378 kilomtres). Fait surprenant, lalliage de nickel et de fer (NIFE) qui le compose y est solide. La temprature, qui y varie de 4 300 5 500 C, se trouve en dessous de la courbe de variation de la temprature de fusion du fer en fonction de la profondeur, comme le montre la fi gure 1.2.

Cette diffrence dtat entre le noyau externe liquide et le noyau interne solide, composs de la mme matire (NIFE), a des rpercussions considrables. En effet, elle engendre un diffrentiel entre la rotation du noyau interne et du manteau qui sont solides, dune part, et du noyau externe qui est liquide, dautre part. Ce diffrentiel fait que le noyau fonctionne comme une gigantesque roue de Barlow qui gnre le champ magntique terrestre dorigine interne (champ dipolaire), et quil est galement la source principale des forces internes dynamiques qui seront explicites dans le chapitre suivant.

La crote terrestre est forme par les premires dizaines de kilomtres de la Terre qui ont des structures varies dun endroit lautre du globe. Cest l que se produisent les mouvements gologiques qui crent la diversit bien connue de la surface du globe. On distingue schmatiquement trois types de crotes (fi gure 1.12) : la crote continentale sous une plaine, o on observe

gnralement des sdiments (rarement plus de quelques kilomtres). La vitesse des ondes varie dun sdiment lautre selon leurs consolidations respectives. En dessous des sdiments se trouve une couche granitique (nom donn par les sismologues) de 10 15 kilomtres dpaisseur, spare de la couche basaltique , plus basse, par la discontinuit de Conrad (pas toujours nettement observe). Lpaisseur de cette dernire est voisine de 15 kilomtres. La base de la crote

Figure 1.10. Coupe schmatique de lintrieur de la Terre et variation de la pression et de la temprature en fonction de la profondeur.



Figure 1.11. Variation des vitesses des ondes de volume et des densits en fonction de la profondeur terrestre et enveloppes lintrieur de la Terre.



terrestre, vers 30 kilomtres de profondeur, est appele discontinuit de Mohorovicic , ou Moho. Cest une interface entre la crote et le manteau.

Dans la crote continentale, sous une montagne, on retrouvera les mmes terrains, avec les mmes vitesses sismiques, mais lpaisseur totale change avec la hauteur de la montagne. Elle est de lordre de 40 kilomtres et plus. Cela sexplique par lquilibre isostasique ;

la crote ocanique, sous les mers, est beaucoup moins paisse. En dessous de leau des ocans, dont la profondeur moyenne est de lordre de 5 kilomtres dans la plaine abyssale et o la vitesse Vp = 1,5 km/s, on ne trouve que des sdiments (quelques centaines de mtres) directement poss sur la couche basaltique dont lpaisseur est comprise entre 5 et 10 kilomtres. Dans le cas des crtes mdio-ocaniques, il ny a pas de crote.

Signalons que, du point de vue rhologique, la crote et la partie suprieure du manteau constituent la lithosphre dont lpaisseur est de lordre de 100 kilomtres, elle surmonte lasthnosphre plus fl uide.

Quant la nomenclature des diverses ondes, il est utile de la connatre pour comprendre le trajet dune onde particulire (fi gure 1.13). Il sagit : dans la crote, de Pg et Sg dans la zone granitique, de

Pb et Sb dans la zone basaltique et de Pn et Sn sous le Moho ;

dans le manteau, de P et S et leurs rfl exions ; dans le noyau externe, des seules ondes

longitudinales, appeles K ; dans le noyau interne, de I pour les ondes

longitudinales et de J pour les ondes transversales.

De la prvision des sismes

Une des directions de recherche pour la prvision des tremblements de terre est la dtection et le suivi des vnements prcurseurs de la survenue de sismes. Les paramtres physiques de ces vnements, pour lesquels quatre tapes sont dfi nies, sont les suivants : variation de la vitesse sismique de londe P ; soulvement ou dformation de surface ; mission du radon ; rsistivit lectrique ; niveau de la microsismicit (frquence des secousses).La mesure des variations de la vitesse sismique des ondes longitudinales P et du niveau de la microsismicit se fait par les rseaux de surveillance et dalerte sismique couvrant les zones sismognes et travaillant en temps rel. Celle de la rsistivit lectrique et de lmission du radon se fait in situ, dans les zones sismognes o lon sattend la survenue des tremblements de terre. Quant aux soulvements et dformations de surface, les mesures du positionnement global (GPS, global positioning system), de trs haute prcision, ont supplant celles de microgodsie et dextensiomtrie.

Figure 1.12. Diffrents types de crotes terrestres : a) continentale ; b) sous une montagne ; c) ocanique. Figure 1.13. Trajets des ondes travers la Terre.



Mais des incertitudes existent quant la dure de ces vnements et leur amplitude en fonction de la magnitude du sisme dtecter, de sa profondeur et de son type. En tout tat de cause, ces variations ne peuvent tre dtectes que si des enregistrements de trs haute prcision ont lieu dune manire continue dans la zone focale. La fi gure 1.14 montre la variation des paramtres et les tapes du phnomne prcurseur.

Par ailleurs, les soulvements et dformations lentes la surface de la Terre dans les zones sismognes, signes avant-coureurs des sismes, sont actuellement dtermins avec une trs grande prcision par la technique du GPS. En effet, elle permet la dtection de dplacements millimtriques et donc des variations dimensionnelles dune anne lautre, ce qui ouvre la voie la prvision de certains types de tremblements de terre.

Dformation de la crote, mouvements et interactions lintrieur de la Terre

Les forces de lintrieur de la Terre, avec les champs o baigne le globe terrestre (prsents dans les parties prcdentes), ont toujours t actives travers les temps gologiques. Elles produisent soit des dformations plastiques, soit, comme nous venons de le voir, des phnomnes de rupture induisant des sismes et des volcans qui peuvent provoquer des bouleversements dans le paysage et changer la topographie du site. Nous nous limiterons, dans ce qui suit, aux dformations plastiques dorigine interne.

Les roches rpondent ces forces internes par des plissements accompagns ou non de fractures. Dans un pisode orognique typique qui soulve des montagnes, lpaisse couche des sdiments dposs dans un gosynclinal, le long de la marge dun bloc stable, est plisse. Les montagnes sont souleves et la ceinture de la chane est dforme. Les sdiments se prsentent en sries de plis. Lintrusion des roches ignes se fait dans les grands compartiments de la crote ou mergent en surface. Des tudes exprimentales du comportement de la cristallisation et de la fusion indiquent que la diversit dans la composition des roches ignes est le rsultat de la fusion partielle du matriel originel et de la diffrenciation chimique qui sensuit.

Pour le reste, lintrusion et le mtamorphisme sont typiques. Le cycle de formation gosynclinale et lorognie peuvent tre intgrs avec le concept de tectonique des plaques ( ouverture et fermeture ocaniques) qui sera prsent dans la partie suivante de ce chapitre.

Paralllement aux transformations dorigine externe qui ont lieu la surface de la Terre, dautres interactions et mouvements ont lieu lintrieur de notre plante, notamment aux interfaces et zones de transition entre les diffrentes composantes du globe que sont la crote, le manteau, le noyau externe et le noyau interne.

Consquences des interactions entre le noyau externe qui est fl uide et le manteau solide qui lentoure, la rpartition des masses se modifi e lintrieur du premier. Du fait de cette modifi cation, lattraction entre le noyau et le manteau change, ce qui entrane un mouvement relatif de lun par rapport lautre ; les forces de pression lies aux mouvements dans le noyau externe agissent sur la base du manteau, en le dformant ou en le faisant tourner : cest le couplage par pression . Le couplage mcanique entre noyau et manteau est, lui, d au fait que la vitesse angulaire de la partie externe du noyau liquide est plus faible que celle du manteau sus-jacent.

Le frottement des particules fl uides sur la base du manteau dissipe de lnergie en chaleur. Ce couplage visqueux est ngligeable. La viscosit du manteau par rapport celle du noyau externe est de lordre de 1/20.

Le noyau tant le sige du CMT, les courants lectriques lis lexistence de ce dernier peuvent aller dans le manteau qui est mille fois moins conducteur que le noyau. Cest le couplage lectromagntique . Ce dernier et le couplage par pression sont les plus probants.

Par ailleurs, tout balancement du manteau affecte le mouvement du noyau et vice-versa. Lexistence de ce mouvement a de nombreuses implications sur la rotation et la dformation de la Terre par lintermdiaire des couplages possibles entre le noyau et le manteau. Le balancement libre du noyau a une priode presque diurne : T0 = 23 h 52 min 46 s. Cette priode est fonction du couplage mcanique par pression entre le noyau et le manteau.

Ce mouvement forc est d au rle important jou par les forces des mares cres par lattraction de la Lune et du Soleil, qui causent le basculement du manteau et du noyau. Laplatissement du noyau est de lordre de 6 %.



Figure 1.14. Indications physiques pour la prvision dun sisme.

Source : B.A. Bolt (1981).



Par ailleurs, les mouvements qui animent le noyau peuvent tre dtermins grce lanalyse des variations lentes du CMT la surface de la Terre.

Les observations des mares terrestres ont, les premires, confi rm lexistence, prvue par la thorie du balancement journalier, du noyau liquide lintrieur du manteau solide. Si ce balancement nexistait pas, les amplitudes des ondes seraient toutes gales. La diffrence des amplitudes rsulte du phnomne de rsonance entre le noyau et les ondes de mares de priode proche de T0. Le fait que les valeurs observes soient proches des valeurs thoriques prouve lexistence du balancement du noyau externe lintrieur du manteau.

Enfi n, les convections dans le manteau, mouvements circulaires ascendants, sont dues aux changes de chaleur entre le manteau et la crote essentiellement. La gense des sismes leur est associe. En effet, ce sont ces courants de convection qui sont la base des tensions qui saccumulent dans les zones frontires entre les plaques. Une fois de plus, cest la chaleur qui est lorigine des forces qui, de lintrieur de la Terre, commandent aussi bien les dformations plastiques que les dformations brutales causes par les volcans et les tremblements de terre.

Par ailleurs, les mouvements horizontaux des plaques lithosphriques des vitesses annuelles millimtriques ou centimtriques induisent des paississements ou des amincissements de la lithosphre, cest--dire des mouvements verticaux. De ce fait, les dnivels la surface de la Terre peuvent atteindre 20 kilomtres (plus 9 000 mtres pour lHimalaya et 11 000 mtres pour les fosss ocaniques).

Godynamique interne ou tectonique globale des plaques

Le moteur interne de la Terre, qui est conduit par la radioactivit, gnre la chaleur, laquelle, nous lavons vu, cre le champ magntique terrestre. Cest le fl ux gothermique qui est lorigine des mouvements horizontaux, et indirectement verticaux, et, donc, de la plupart des phnomnes gologiques conduisant lorogense, aux sismes, aux ruptions volcaniques et aux mouvements des plaques lithosphriques. Les

vitesses de dplacement annuelles sont millimtriques centimtriques dans la lithosphre.

La godynamique interne, appele galement tectonique globale des plaques, est une thorie qui offre un modle cohrent intgrant les donnes gologiques, gothermiques, gopotentielles (gravimtriques et magntiques), sismiques Ce modle unifi cateur a des vertus prdictives quantitatives.

Lanalyse de la sismicit la surface de la Terre (tude de la rpartition spatiale des tremblements de terre) permet de dgager trois grandes zones sismiquement actives : les rgions plisses lpoque tertiaire, qui constituent

la ceinture du Pacifi que o sont localiss 70 % des sismes incluant plusieurs zones connues pour leur sismicit (Japon, Taiwan, Californie) ;

la zone eurasiatique, allant de la Mditerrane lHimalaya, o la sismicit est relativement moins dense que dans la premire zone puisque seulement 15 % de la sismicit mondiale y est situe ;

un ensemble de hauts-fonds marins allongs, se prolongeant parfois au sein de continents par des zones de fracture et deffondrement. Il sagit de la dorsale mdio-atlantique partageant par le milieu cet ocan dans toute sa longueur, en suivant la courbure des ctes opposes, et se poursuivant dans les mmes conditions dans locan Indien. La longueur totale de cette dorsale est de 40 000 kilomtres, son altitude est de 3 000 mtres. Elle occupe, par ailleurs, le tiers de la superfi cie de locan et 5 % des tremblements de terre qui surviennent annuellement y sont localiss.

Cette rpartition selon des ceintures troites est interprte par la tectonique des plaques, la majorit des tremblements de terre tant situe le long de ces frontires. Les 10 % des sismes restants ne sont pas distribus rgulirement et sont situs loin des frontires des plaques. Il sagit des sismes intraplaques . Cest le cas de la plupart des grands sismes continentaux qui ont lieu en Chine notamment et sur dautres continents.

Les ceintures sismiques marquent donc les contours des blocs ou plaques lithosphriques, comprenant aussi bien des ocans que des continents, et sont donc des zones dinteraction entre les plaques rigides qui couvrent la surface de la Terre. Ces frontires de plaques sont soit des zones daccrtion comme les dorsales mdio-ocaniques, soit des zones de cassure telles



les failles de dcrochement, ou failles transformantes, qui sont des zones de coulissage, soit des zones de subduction, tels les fosss ocaniques, qui sont des zones de convergence.

Les fi gures 1.15 et 1.16 donnent respectivement la carte de sismicit du globe dlimitant les plaques et la carte des sismes profonds et intermdiaires au niveau des zones de subduction.

Lanalyse de ces cartes montre que la Terre est couverte dune douzaine de plaques lithosphriques rigides qui, pour des raisons non encore toutes lucides, fl ottent et se dplacent sur lasthnosphre selon des vitesses et des directions dtermines (fi gure 1.17).

Les plaques naissent partir des rifts tout au long des crtes mdio-ocaniques et plongent dans lasthnosphre (manteau) au niveau des fosses ocaniques ; ce recyclage de la lithosphre soprant entre la dorsale et la fosse ocanique fonctionne comme

Figure 1.15. Ceintures sismiques dlimitant les plaques (sisme avec 0 < h < 700 km). Figure 1.16. picentres des sismes avec h > 100 km.

Figure 1.17. Plaques lithosphriques et leurs taux de rotation. Source : B.A. Bolt (1981).



un escalier roulant .La convergence de plaques peut tre soit une

convergence ocan-ocan , soit une convergence continent-ocan accompagne par la formation de chanes montagneuses sur le continent et une activit volcanique, soit une convergence continent-continent . Il y a donc plusieurs types de convergences selon la nature des plaques en mouvement : dans la convergence ocan-ocan, la surface de

glissement entre les deux plaques (plan de Benioff) fait un angle suprieur 50 avec lhorizontale. On peut citer lexemple de la subduction de la plaque atlantique sous la plaque Carabe avec un dplacement de lordre de 2 3,5 centimtres par an ;

dans la convergence continent-ocan, la plaque ocanique, tant plus dense, plonge sous la plaque continentale avec un pendage de 30 45. La sismicit est accompagne par la formation de chanes montagneuses sur le continent et par une activit volcanique. La plaque de Nacza (Pacifi que est), qui plonge sous celle de lAmrique du Sud la vitesse de 4 6 centimtres par an, en est un exemple ;

quant la collision continent-continent, cest le cas le plus complexe. Il ny a pas de subduction (la crote ne senfonce pas dans le manteau) ni de surface claire dfi nissant le mouvement relatif des deux plaques. La dformation se fait trs grande chelle et est accompagne de plis, de failles inverses, normales ou transformantes. La sismicit y est diffuse.

Les tapes principales de reconstitution du mouvement des plaques sont prsentes sur les fi gures 1.18 a d.

Nous avons choisi quatre tapes principales parmi les dix identifi es par B. Vrielynck et P. Bouysse (2003) de reconstitution du mouvement des plaques : il y a 250 millions dannes (dbut de lre

secondaire), les continents taient regroups en un seul super continent, la Pange, ceinture par un ocan unique, la Panthalassa avec, lest, le golfe de Thtys ;

il y a 140 millions dannes (au jurassique suprieur), Thtys poursuit sa progression vers louest, coupant la Pange en deux : lEurasia au nord et Gondwana au sud, faisant ainsi la jonction avec locan Pacifi que ;

il y a 45 millions dannes (palogne dans le cnozoque), le Groenland se dtache de lAmrique du Nord, puis de lEurope. LInde vient dentrer en contact avec le bord sud de lAsie, parcourant 8 000 kilomtres en 80 millions dannes. Cette phase est importante pour les diffrentes orogenses : lHimalaya, les Alpes, les Apennins, les Pyrnes, etc. ;

aujourdhui, la confi guration actuelle des continents et des ocans avec, dune part, les grands bassins sdimentaires, les grandes chanes plisses et les boucliers ou cratons dans le domaine continental (29 % de la surface terrestre) et, dautre part, les dorsales (70 000 kilomtres), les zones de subduction (55 000 kilomtres) et les grandes failles (zones de fracture ou failles transformantes) du domaine ocanique.

Ainsi, donc, la godynamique permet de retrouver la confi guration des terres immerges tout au long de lhistoire gologique de la Terre.

Les palolatitudes et paloclimats sensuivent. Il est galement possible danticiper les confi gurations futures partir des mesures directes des mouvements lents la surface de la Terre devenues possibles par lutilisation du GPS.

La fi gure 1.19 donne la confi guration des plaques dans 50 millions dannes (Earth, par Press/Siever).

Figure 1.19. Projection de la confi guration des plaques dans 50 millions dannes.



Chapitre 2

Transformations lextrieu

Documents

Prévision et prévention des catastrophes Le Cas du Marocunesdoc.unesco.org/images/0013/001387/138723f.pdf · des failles, la géologie subsurface et les séismes – ou de l’atmosphère,