Dynamique interne de la Terre

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1 Dynamique interne de la Terre

2 Dynamique du Manteau : Question 1 : Hypothèse : Augmentation graduelle de la température, 30°C/km.

3 Dynamique du Manteau : Question 1 : Hypothèse : Augmentation graduelle de la température, 30°C/km. Tp = Ts + dT/dz*z Tp = Température en profondeur ; dT/dz = Gradient de température selon la profondeur Ts = Température de surface ; z = Profondeur

4 Dynamique du Manteau : Question 1 : Hypothèse : Augmentation graduelle de la température, 30°C/km. Tp = Ts + dT/dz*z T660 = *660 Tp = Température en profondeur ; dT/dz = Gradient de température selon la profondeur Ts = Température de surface ; z = Profondeur

5 Dynamique du Manteau : Question 1 : Hypothèse : Augmentation graduelle de la température, 30°C/km. Tp = Ts + dT/dz*z T660 = *660 T660 = °C Tp = Température en profondeur ; dT/dz = Gradient de température selon la profondeur Ts = Température de surface ; z = Profondeur

6 Comparaison des modes de transports de chaleur
Dynamique du Manteau : Question 2 : Comparaison des modes de transports de chaleur Conduction Convection Milieu Mécanismes Conditions Efficacité

7 Comparaison des modes de transports de chaleur
Dynamique du Manteau : Question 2 : Comparaison des modes de transports de chaleur Conduction Convection Milieu Solide et Liquide Solide ou Liquide Mécanismes Conditions Efficacité

8 Comparaison des modes de transports de chaleur
Dynamique du Manteau : Question 2 : Comparaison des modes de transports de chaleur Conduction Convection Milieu Solide et Liquide Solide ou Liquide Mécanismes Sans déplacement de la matière, Par propagation de la chaleur sous forme de vibration d’un atome à l’autre, … Avec transport de matière, ce qu’on appelle encore advection Conditions Efficacité

9 Comparaison des modes de transports de chaleur
Dynamique du Manteau : Question 2 : Comparaison des modes de transports de chaleur Conduction Convection Milieu Solide et Liquide Solide ou Liquide Mécanismes Sans déplacement de la matière, Par propagation de la chaleur sous forme de vibration d’un atome à l’autre, … Avec transport de matière, ce qu’on appelle encore advection Conditions Fort gradient de température, ou excellent conducteur Viscosité du milieu relativement faible Efficacité

10 Comparaison des modes de transports de chaleur
Dynamique du Manteau : Question 2 : Comparaison des modes de transports de chaleur Conduction Convection Milieu Solide et Liquide Solide ou Liquide Mécanismes Sans déplacement de la matière, Par propagation de la chaleur sous forme de vibration d’un atome à l’autre, … Avec transport de matière, ce qu’on appelle encore advection Conditions Fort gradient de température, ou excellent conducteur Viscosité du milieu relativement faible Efficacité Faible sauf pour un bon conducteur ;or les roches sont de bons isolants Forte

11 Profil de températures
Dynamique du Manteau : Question 2 : Profil de températures

12 Profil de températures
Dynamique du Manteau : Question 2 : Profil de températures

13 Profil de températures
Dynamique du Manteau : Question 2 : Profil de températures  Seul le mode convectif est applicable pour le manteau terrestre

14 Dynamique du Manteau : Question 2 : Atmosphère Hydrosphère Lithosphère Asthénosphère Manteau inférieur Noyau externe Noyau interne

15 Dynamique du Manteau : Question 2 : Atmosphère Hydrosphère Lithosphère Asthénosphère Manteau inférieur Noyau externe Noyau interne Convection Conduction Convection Convection Conduction

16 Localisation des courants
Dynamique du Manteau : Question 2 : Localisation des courants

17 Localisation des courants
Dynamique du Manteau : Question 2 : Localisation des courants

18 Dynamique du Manteau : Question 2 : Point chaud Subduction

19 Dynamique du Manteau : Question 2 : Point chaud Subduction

20 Dynamique du Manteau : Question 3 : Le refroidissement de la croûte océanique entraine une augmentation de sa densité. Celle-ci finit par être supérieure à celle de l’Asthénosphère. Selon le principe d’Archimède, le corps le plus dense se trouve en dessous. La croûte océanique plus dense que l’Asthénosphère va couler par subduction.

21 Dynamique du Manteau : Question 4 : Bilan de force

22 Dynamique du Manteau : Question 4 : Bilan de force P A F

23 Dynamique du Manteau : Question 4 : Modèle géométrique P A F F h = 660 km ou 2900 km si l’on fait l’hypothèse que les plaques s’arrêtent à la limite manteau sup - inf ou bien qu’elles atteignent le noyau. Les 2 existent probablement. e = 100 km l = km ou km, environ la même longueur que les dorsales océaniques, un peu moins en réalité.

24 Dynamique du Manteau : Question 4 : Modèle géométrique h = 2900 km e = 100 km L = km P A F F P = (h e l) ρPO g (g est l’accélération de la pesanteur 9,81 m.s-2) Application Numérique : 2,9.106x105x5,5.107x3300x9,81 = 5, kg.m.s-2

25 Dynamique du Manteau : Question 4 : Modèle géométrique h = 2900 km e = 100 km L = km P A F F A = (h e l) Δρ g (g est l’accélération de la pesanteur 9,81 m.s-2)

26 Dynamique du Manteau : Question 4 : Modèle géométrique h = 2900 km e = 100 km L = km P A F F A = (h e l) Δρ g (g est l’accélération de la pesanteur 9,81 m.s-2) Application Numérique : 2,9.106x105x5,5.107x60x9,81 = 9, kg.m.s-2

27 Dynamique du Manteau : Question 4 : Détermination de µ P A F F F = 2µvl

28 En terme d’unité, on obtient : µ = N/(cm.a-1.m)
Dynamique du Manteau : Question 4 : Détermination de µ P A F F F = 2µvl D’où µ = F/(2vl) En terme d’unité, on obtient : µ = N/(cm.a-1.m) Soit en Système International : µ = N.s.m-2 = Pa.s

29 Equilibre entre les forces : P = A + F
Dynamique du Manteau : Question 4 : Détermination de µ Equilibre entre les forces : P = A + F

30 Equilibre entre les forces : P = A + F
Dynamique du Manteau : Question 4 : Détermination de µ Equilibre entre les forces : P = A + F (h e l) ρPO g = (h e l) Δρ g + 2µvl h e ρPO g = h e Δρ g + 2µv h e ρPO g = h e (ρPO – ρMA) g + 2µv µ = (h e ρMA g)/(2v)

31 Equilibre entre les forces : P = A + F
Dynamique du Manteau : Question 4 : Détermination de µ Equilibre entre les forces : P = A + F (h e l) ρPO g = (h e l) Δρ g + 2µvl h e ρPO g = h e Δρ g + 2µv h e ρPO g = h e (ρPO – ρMA) g + 2µv µ = (h e ρMA g)/(2v) µ = (2,9.106x105x3240x9,81)/(2x1, ) µ = 5, Pa.s

32 Dynamique du Noyau et champ magnétique :
Question 1 : Quelles seraient les conséquences biologiques d’une Terre sans champ magnétique?

33 Dynamique du Noyau et champ magnétique :
Question 1 : Quelles seraient les conséquences biologiques d’une Terre sans champ magnétique? Le vent solaire composé de particules chargées (protons, électrons, noyaux d’He) ne serait plus dévié et arriverait jusqu’aux organismes. Ces particules endommagent l’ADN et augmentent les mutations responsables de tumeurs, cancers, etc… De plus, de nombreux organismes et microorganismes ne pourraient plus s’orienter (ex : le célèbre pigeon voyageur, mais surtout les bactéries qui contiennent quasiment toutes des nanomagnétites).

34 Dynamique du Noyau et champ magnétique :
Question 2 : Est-ce qu’un aimant peut être à l’origine du champ magnétique terrestre ?

35 Dynamique du Noyau et champ magnétique :
Question 2 : Est-ce qu’un aimant peut être à l’origine du champ magnétique terrestre ? La température dans le noyau varie de 3000 à 5000K. Donc tout aimant y perdrait ses propriétés magnétiques. Donc ce n’est pas un aimant « géant » qui produit le champ magnétique terrestre.

36 Qu’ est-ce qu’une dynamo ?
Dynamique du Noyau et champ magnétique : Question 3 : Qu’ est-ce qu’une dynamo ?

37 Qu’ est-ce qu’une dynamo ?
Dynamique du Noyau et champ magnétique : Question 3 : Qu’ est-ce qu’une dynamo ? C’est sensu stricto une machine qui produit un champ électromagnétique quand une boucle conductrice (un circuit électrique) se déplace dans un champ magnétique. L’effet dynamo convertit donc de l’énergie mécanique en énergie électromagnétique. En fait l’inverse est aussi vrai : la circulation d’un courant dans une boucle conductrice crée un champ magnétique, si bien que le phénomène est auto-entretenu…

38 Dynamique du Noyau et champ magnétique :
Question 4 : Quel est l’état de la matière dans le noyau ? Quelle partie du noyau terrestre peut être responsable du champ magnétique ?

39 Dynamique du Noyau et champ magnétique :
Question 4 : Quel est l’état de la matière dans le noyau ? Quelle partie du noyau terrestre peut être responsable du champ magnétique ? Le noyau externe est à l’état liquide Le noyau interne est à l’état solide

40 Dynamique du Noyau et champ magnétique :
Question 4 : Quel est l’état de la matière dans le noyau ? Quelle partie du noyau terrestre peut être responsable du champ magnétique ? Le noyau externe est à l’état liquide Le noyau interne est à l’état solide Pour générer un champ magnétique, il doit y avoir un mouvement : Le noyau liquide est responsable du champ magnétique grâce à la convection.

41 Vitesse de convection du noyau
Dynamique du Noyau et champ magnétique : Question 5 : Vitesse de convection du noyau

42 Vitesse de convection du noyau
Dynamique du Noyau et champ magnétique : Question 5 : Vitesse de convection du noyau 36° 35°

43 Vitesse de convection du noyau
Dynamique du Noyau et champ magnétique : Question 5 : Vitesse de convection du noyau 36° 35° 2900 km 6380 km V = [(θ1+θ2).π/180].RN/(t2-t1)

44 Vitesse de convection du noyau
Dynamique du Noyau et champ magnétique : Question 5 : Vitesse de convection du noyau 36° 35° 2900 km 6380 km V = [(θ1+θ2).π/180].RN/(t2-t1) V = [(35+36). π/180].3478/( ) V = 9,79 km.a-1 = 0,31 mm.s-1

45 Vitesse de convection du noyau
Dynamique du Noyau et champ magnétique : Question 5 : Vitesse de convection du noyau 36° V = 0,31 mm.s-1 -5 ordres de grandeur plus grand que dans le manteau -Perceptible à l’échelle humaine, -Comparable en ordre de grandeur aux vitesses des courants marins très profonds de l’ordre du mm.s-1 35° 2900 km 6380 km