Activité thermique de la terre
Par DURIEUX Jérémy, GIUSTI Thomas, HERAUD Clément, RAMPON Sébastien, ROBIN Arthur, LAPREE Romain, TRAHAIS Valentin

I : Chaleur interne et dissipation
II : remontées magmatiques et types de volcanisme
III : Surveillance des volcans

I : La chaleur interne et sa dissipation :

Les volcans, les séismes et la tectonique des plaques sont autant de phénomènes qui nous indiquent que la Terre est une planète active. En effet, la chaleur interne de notre planète est due aux réactions nucléaires du noyau qui est très actif.

La Terre est composée de trois enveloppes concentriques. La structure interne a pu être déterminée grâce aux ondes sismiques qui sont constituées d’ondes P, S et L à déplacement vertical ou horizontal. Ces ondes sont réfractées à chaque changement de structure. Les déviations importantes ont dessiné les discontinuités séparent les enveloppes internes concentriques du globe.

Ces enveloppes peuvent être séparées en fonction de l'état physique des roches :
La lithosphère est solide, composée de la croûte océanique et de la croûte continentale ainsi que de la périphérie du manteau supérieur.
L’asthénosphère est ductile, constituée du reste du manteau supérieur et du manteau inférieur.

Ces enveloppes peuvent être séparées en fonction de la composition chimique des roches :
La croûte est essenciellement constituée de silice (SiO2), riche non seulement en Si et O mais aussi en Al, Na, K et Ca. La croûte océanique est composée de basalte et de gabbro tandis que la croûte continentale est composée de granite et de granulite.
Le manteau est aussi silicaté mais aussi riche en Fe et Mg. La composition du manteau est une hypothèse basée sur les météorites. A partir des proportions des atomes des enveloppes du manteau externe, on a calculé les proportions probables des atomes dans le manteau interne.
Le noyau est riche en éléments métalliques lourds : Fe, Ni, Cr. Le noyau a pour surnom le "nife". La température du noyau terrestre atteint presque les 5000° C, ce qui correspond à la température à la surface du soleil.

1) La source de chaleur interne est la désintégration de matière (radio-éléments).
Ces éléments radioactifs disparaissent au fur et à mesure qu’ils sont désintégrés ce qui provoque la disparition peu à peu des éléments producteurs de chaleur. Ces éléments sont principalement trouvés dans la croûte continentale (qui produit le plus de chaleur par unité de masse) mais cependant le manteau reste la couche qui a la plus forte production de chaleur en raison de son grand volume. Il y a donc un distance importante entre les zone de production de chaleur (manteau et noyau) et les zones d’évacuations de celles-ci (la surface de la terre). Cela provoque l’existence de mécanisme de transfert de chaleur à travers les différentes couche de notre globe.
Cependant, nous pouvons observer que la Terre évacue plus de chaleur qu’elle n’en produit ce qui entraîne un refroidissement progressif du globe. De plus une diminution progressive de la production de chaleur radioactive amplifie le phénomène.

2) Deux modes de transferts de chaleur existent à l’intérieur de la terre : la conduction et la convection.
La conduction est un transfert de chaleur de proche en proche. La propagation de chaleur dans un corps se déroule de la manière suivante: sachant que la température d’un corps correspond à l’excitation de ses atomes, on sait que de façon mécanique, ces vibrations peuvent exciter les atomes voisins et ainsi la chaleur peut se propager dans un corps. Seul les faibles quantités de chaleur peuvent être transportées par conduction (car les matériaux terrestres ne sont pas très bons conducteurs de chaleur). L’énergie interne naît de la désintégration d’isotopes radioactifs. Elle se dissipe par conduction au travers de la croûte. Elle se dissipe par conduction au travers de la croûte, le flux de chaleur est important au niveau des croûtes océaniques peu épaisses. Le flux est faible au niveau des croûtes continentales. Les roches sont en général mauvais conducteur de chaleur.

La convection est un transfert de chaleur qui se véhicule par des mouvements de matières dans le manteau ductile. Dans un corps qui présente des phénomènes de convection, les volumes de matières situés en bas sont chauffés : ils s’allègent et montent vers la surface et sont remplacés par de la matière froide en provenance de la surface qui à son tour sera chauffée et allégée. La convection se manifeste ainsi par des mouvements verticaux de matière transportant l’énergie thermique. Elle est plus efficace que la conduction pour transporter la chaleur (sauf s’il n’y a pas de gravité ou que les corps se dilatent très peu quand la température augmente ou si la distance à parcourir est trop faible).
Cette convection crée la tectonique des plaques : les dorsales océaniques par des courants montants chauds de matériels du manteau, les plaques en subduction par des courants descendants froids.
3) Cette convection crée la tectonique des plaques.

Les dorsales océaniques s'ouvrent par des courants montants chauds de magma du manteau, les plaques en subduction entretiennent les courants descendants froids.

Le basalte de point chaud est très riche en isotopes radioactifs lourds. Cette observation indique que le magma vient de grandes profondeur issue de la limite noyau-manteau inférieur. Le point chaud est une preuve de la tectonique des plaques. L’alignement des îles volcaniques d’âges décroissants indique le sens et la direction des déplacements des plaque

 

II : Les remontées de magma sont les conséquences de cette production de chaleur interne :

En territoire français, il est recensé 520 volcans importants, certains sont actifs, d’autres éteints.
Les volcans peuvent changer de forme au cour de leur vie au fur et à mesure de la maturation de la chambre magmatique qui leur donne naissance. Un magma très liquide devient progressivement visqueux ce qui entraîne des modifications au niveau de l’activité du volcan. Les volcanologues prennent en compte des critères variés pour classer ces différentes éruptions : l’emplacement, la forme, l’âge de l’appareil volcanique, la nature des matériaux émis…

1) Volcans de type effusif :
Lors de la formation d’une chambre magmatique, le magma monte et se sépare en lave et en gaz qui s'échappent en surface.
Les volcans de type effusif sont aplatis en forme de bouclier, forme dûe à l’étalement de la lave, très chaude d'environ 1100°C et très fluide, qui se fige progressivement sous forme de basalte d'une épaisseur de 3 à 4m. La vitesse de la coulée de lave est à peu prés équivalente à la vitesse d’un homme qui marche. On peut donc observer les coulées de lave de très prés, ces éruptions ne présentant pas un grand danger pour l’homme.
Les projections de lave se solidifient avant de retomber en formes variées, formant progressivement le cône de scories. Les coulées de lave ne proviennent pas forcément du sommet, elles se déversent aussi par les flancs, se faufilant au travers du cône de scories.
De nos jours il y a encore des volcans en phase effusive, comme l'Etna en Sicile (le plus grand d'Europe car il culmine à 3345m) ou Le Mauna Loa en Hawaï (le plus grand du monde !).

2) Volcan de type explosif :
Les volcans ont un cône de scories formé par l’accumulation des retombées des projections.
Dans la chambre magmatique souterraine, au fur et à mesure du refroidissement, certains ions minéraux cristallisent en olivine ce qui crée une augmentation proportionnelle de la concentration en silice. La lave issue de cette chambre a environ 900°C, elle devient pâteuse et monte lentement. Ainsi se forme un bouchon au sommet de la cheminée (exemple : le Puy de Dôme).
Si les gaz continuent à s'accumuler, ils feront exploser le bouchon. Le dôme et le cône explosent en partie, les cendres et les gaz sont projetés latéralement. Une nuée ardente faite de cendres et de gaz brûlants (300°) dévale la pente à une vitesse de 300 km/h. Elle peut s’éloigner d’une vingtaine de km et tout détruire sur son passage.
Les projections peuvent également être verticales et atteindre 20 km de haut formant un panache de centre et de gaz. Les cendres sont alors dispersées très loin assombrissant le ciel a tel point qu’il fait nuit en plein jour. S’il pleut les jours suivant, l’eau et les cendres forment des coulées de boues (lahars) qui dévalent les pentes en détruisants ponts et villages. C'est le cas du Mont St. Helens dans l’Etat de Washington aux Etats-Unis est entré en éruption le 18 mai 1980, l’avalanche de débris a parcouru 25 km, la forêt environnante a été dévastée sur une superficie incroyable : 600km² d’arbres abattus soit l’équivalent de 6 fois la superficie de Paris. Ils ont été soufflés et décapités par le " blast " (souffle dévastateur lié à l’éruption )dont la vitesse a été estimée à 1000km/h. L’énergie libérée par l’éruption a été équivalente à 27000 bombes atomiques tombant sur le cratère pendant 9h. Durant l’éruption, le glacier présent au sommet du volcan a fondu, l’eau mélangée au centre a formé des lahars ( coulées de boues chaudes est très dévastatrices ). Bien que la région fût peu peuplée, l’éruption a tout de même fait 57 victimes.

III : La surveillance des volcans :
Avant l’éruption d’un volcan, des volcanologues sont sur place afin d’essayer d’éviter une catastrophe. La plupart des volcans dangereux se situent autour de l’océan pacifique, on appelle cette forte concentration " la ceinture de feu du Pacifique ". On estime à 1500 le nombre de volcans actifs (sans compter les volcans sous-marins) mais qu’à une soixantaine le nombre observatoires servant à les étudier à cause de la pauvreté de certains pays.
Quels sont les signes qui aident les volcanologues à prévenir l’éruption d’un volcan ?

1) Le gonflement des volcans.
Les volcanologues posent au pied des volcans des poteaux et grâce au GPS (appareil connecté à plusieurs satellites et permettant de mesurer les de formations des volcans), ils peuvent mesurer l’angle d’inclination du cône volcanique, ce système s’appelle la triangulation. Ils observent alors ces mesures et si le poteau best penché, c'est que le flan du volcan gnfle sous la pression des gaz. Ils peuvent donc déterminer si une éruption va avoir lieu.

2) Des séismes sous les volcans.
Des sismomètres sont posés dans le cratère du volcan et sur ses flans. Lorsqu’un séisme a lieu sous le volcan, les sismomètres relèvent les ondes premières et secondes et plus ses séismes sont nombreux et plus les chances d’avoir une éruption sont grandes.
Ces séismes provoquent des fissures en surface qui s’écartent de plus en plus au fil des jours. Des gaz s’échappent alors de ses fissures.

3) Les gaz.
Les gaz s’échappant des fissures provoquées par les séismes ont une certaine température. Les volcanologues évaluent donc la température jour après jour de ces gaz et peuvent également prévoir une éruption.

En cas d’éruption, les volcanologues préviennent les autorités politiques qui décident d’évacuer ou non les villes concernées. Les volcanologues ont fait d’énormes progrès au niveau de la surveillance des volcans grâce, notamment, aux nouvelles technologies. Cependant il reste encore beaucoup à faire dans ce domaine.