CHAPITRE 6 • La composition de la Terre : observations et pétrologie expérimentale
Tableau 6.3 Modèles de composition chimique de la Terre silicatée et du noyau
en poids %. Les incertitudes sur le modèle du noyau étant grandes, les valeurs
extrêmes de différents modèles sont indiquées.
SiO2 A12O3 FeO MgO CaO Na2O
k2o
Th
U
Manteau
45
4
8
38
3,5
0,3
0,03
0,08 ppm 0,02 ppm
Fe
Ni
O
Si
S
C
Co
Mn
P
Noyau
78-87,5 4,9-5,4 0-5,8 6-14 0-4,1 0-0,2 0,24-0,26 0,4-0,5
0,2
■ Shen-su Sun était
un géochimiste né en
Chine en 1943. Après
s'être formé à Taïwan
et aux Etats-Unis,
il étudia les roches
crustales dérivées du
manteau terrestre. Il
fut un des pionniers
utilisant de multiples
contraintes chimiques
pour proposer des
modèles de composition de la Terre. Son
travail dépassait les
limites des résultats
scientifiques puisqu 'il
a apporté énormément
de soutien aux jeunes
chercheuses et chercheurs. Des récompenses scientifiques
portent son nom.
En utilisant ce type d’approche, avec quelques sophistications et hypothèses supplémentaires, les scientifiques proposent des modèles de composition de la Terre
silicatée et du noyau (tableau 6.3). Pour la Terre silicatée, on remarque que les
différences avec la pyrolite sont faibles pour les éléments considérés. Il reste beaucoup d’inconnues sur la composition du noyau. Si on compare la composition de
la Terre silicatée avec la croûte et le manteau proche de la surface dont on peut
estimer des concentrations, on se rend compte que le bilan de masse suivant ne
fonctionne pas pour beaucoup d’éléments chimiques :
+ ^ccQc + ^coQo * ^TS^TS»
où Mm, Mcc et Mco sont les masses du manteau, de la croûte continentale et de
la croûte océanique respectivement, et leurs concentrations sont CM, Ccc, et Cco.
Plusieurs explications existent pour ce problème : soit il existe dans le manteau un
réservoir caché, soit le modèle chondritique pour la Terre n’est pas valide.
Une manière d’avancer, est de réaliser des expériences de laboratoire sur des matériaux dont on maîtrise la composition chimique, et de comparer leurs vitesses
sismiques mesurées ou déduites à partir de la physique à celles proposées pour
l’intérieur de la Terre. C’est l’objectif de la partie suivante.
3 La composition minéralogique du manteau
et du noyau
La sismologie renseigne sur les propriétés physiques des matériaux. L’analyse
géochimique des roches de surface et des météorites permet de proposer une
chimie moyenne des enveloppes terrestres, avec des incertitudes grandissantes
à force que les couches sont profondes. Il est impératif de tresser le lien entre
propriétés physiques et chimiques, et ce lien est la composition minéralogique.
En effet, à une composition chimique donnée peut correspondre une multitude de
compositions minéralogiques, avec leurs propres vitesses sismiques. Par contre,
à l’équilibre thermodynamique, à une composition chimique correspond une
minéralogie unique quand la température et la pression sont fixées. Déterminer
la minéralogie terrestre permet donc de connaître à la fois la chimie, la pression
et la température en profondeur. La pression est déjà obtenue en combinant la
gravité et de la sismologie.
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Tableau 6.3 Modèles de composition chimique de la Terre silicatée et du noyau
en poids %. Les incertitudes sur le modèle du noyau étant grandes, les valeurs
extrêmes de différents modèles sont indiquées.
SiO2 A12O3 FeO MgO CaO Na2O
k2o
Th
U
Manteau
45
4
8
38
3,5
0,3
0,03
0,08 ppm 0,02 ppm
Fe
Ni
O
Si
S
C
Co
Mn
P
Noyau
78-87,5 4,9-5,4 0-5,8 6-14 0-4,1 0-0,2 0,24-0,26 0,4-0,5
0,2
■ Shen-su Sun était
un géochimiste né en
Chine en 1943. Après
s'être formé à Taïwan
et aux Etats-Unis,
il étudia les roches
crustales dérivées du
manteau terrestre. Il
fut un des pionniers
utilisant de multiples
contraintes chimiques
pour proposer des
modèles de composition de la Terre. Son
travail dépassait les
limites des résultats
scientifiques puisqu 'il
a apporté énormément
de soutien aux jeunes
chercheuses et chercheurs. Des récompenses scientifiques
portent son nom.
En utilisant ce type d’approche, avec quelques sophistications et hypothèses supplémentaires, les scientifiques proposent des modèles de composition de la Terre
silicatée et du noyau (tableau 6.3). Pour la Terre silicatée, on remarque que les
différences avec la pyrolite sont faibles pour les éléments considérés. Il reste beaucoup d’inconnues sur la composition du noyau. Si on compare la composition de
la Terre silicatée avec la croûte et le manteau proche de la surface dont on peut
estimer des concentrations, on se rend compte que le bilan de masse suivant ne
fonctionne pas pour beaucoup d’éléments chimiques :
+ ^ccQc + ^coQo * ^TS^TS»
où Mm, Mcc et Mco sont les masses du manteau, de la croûte continentale et de
la croûte océanique respectivement, et leurs concentrations sont CM, Ccc, et Cco.
Plusieurs explications existent pour ce problème : soit il existe dans le manteau un
réservoir caché, soit le modèle chondritique pour la Terre n’est pas valide.
Une manière d’avancer, est de réaliser des expériences de laboratoire sur des matériaux dont on maîtrise la composition chimique, et de comparer leurs vitesses
sismiques mesurées ou déduites à partir de la physique à celles proposées pour
l’intérieur de la Terre. C’est l’objectif de la partie suivante.
3 La composition minéralogique du manteau
et du noyau
La sismologie renseigne sur les propriétés physiques des matériaux. L’analyse
géochimique des roches de surface et des météorites permet de proposer une
chimie moyenne des enveloppes terrestres, avec des incertitudes grandissantes
à force que les couches sont profondes. Il est impératif de tresser le lien entre
propriétés physiques et chimiques, et ce lien est la composition minéralogique.
En effet, à une composition chimique donnée peut correspondre une multitude de
compositions minéralogiques, avec leurs propres vitesses sismiques. Par contre,
à l’équilibre thermodynamique, à une composition chimique correspond une
minéralogie unique quand la température et la pression sont fixées. Déterminer
la minéralogie terrestre permet donc de connaître à la fois la chimie, la pression
et la température en profondeur. La pression est déjà obtenue en combinant la
gravité et de la sismologie.
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