La structure du globe terrestre

L'intérieur de la Terre est inaccessible à l'observation directe : le forage le plus profond jamais réalisé, à Kola (Russie), atteint à peine $12\mathrm{km}$, soit une infime fraction des $6371\mathrm{km}$ qui séparent la surface du centre. Pourtant, nous connaissons aujourd'hui la composition et l'organisation des enveloppes qui structurent la planète jusqu'au noyau. Cette connaissance est indirecte : elle repose principalement sur l'étude des ondes sismiques, ces vibrations engendrées par les séismes qui traversent le globe et dont la vitesse dépend des milieux rencontrés.

L'idée centrale de ce chapitre est là : on ne « voit » pas l'intérieur de la Terre, on le déduit. Chaque enveloppe, chaque limite invisible a d'abord été une anomalie dans un enregistrement de séisme, une vitesse d'onde qui change, une onde qui disparaît. La géologie interne est une science de l'indice, où le raisonnement supplée à l'observation directe — une démarche que l'on retrouvera dans toute l'étude de la dynamique du globe.

Ce chapitre pose les fondations géologiques de la Première. Nous étudierons d'abord le contraste fondamental entre les deux types de croûtes, continentale et océanique, dont les propriétés opposées (composition, densité, épaisseur, âge) commandent le relief de la planète. Nous verrons ensuite comment la sismologie, en révélant des discontinuités, découpe le globe en enveloppes concentriques. Nous distinguerons alors la lithosphère rigide de l'asthénosphère ductile — une distinction mécanique qui est la clé de la tectonique des plaques du chapitre suivant. Enfin, nous relierons cette structure au flux thermique interne et à l'équilibre isostatique des reliefs.

4.1 Le contraste entre les deux croûtes

La surface solide de la Terre, la croûte, n'est pas homogène. Elle se répartit en deux grands ensembles aux propriétés physiques et chimiques radicalement différentes : la croûte continentale, qui porte les continents, et la croûte océanique, qui tapisse le fond des océans.

4.1.1 Une composition contrastée

La croûte continentale est essentiellement constituée de roches felsiques, riches en silice ($\mathrm{SiO}{}_2$) et en éléments légers (aluminium, potassium, sodium). Sa roche emblématique est le granite, roche magmatique grenue formée en profondeur, claire, où l'on distingue à l'œil nu quartz, feldspaths et micas.

La croûte océanique, elle, est constituée de roches mafiques, plus pauvres en silice mais plus riches en fer et en magnésium, donc plus sombres et plus denses. On y trouve le basalte (roche microlithique refroidie rapidement au contact de l'eau) en surface, et le gabbro (même composition chimique, mais grenu car refroidi lentement en profondeur) en dessous.

4.1.2 Densité, épaisseur et âge

Cette différence de composition entraîne une différence de densité : la croûte continentale a une densité voisine de 2,7, tandis que la croûte océanique, plus riche en fer et magnésium, atteint 2,9. Cet écart, apparemment modeste, est déterminant : il explique pourquoi les continents « flottent » plus haut que les fonds océaniques.

L'épaisseur diffère elle aussi d'un ordre de grandeur : la croûte continentale mesure en moyenne $30\mathrm{km}$ d'épaisseur, et peut atteindre $70\mathrm{km}$ sous les grandes chaînes de montagnes (racine crustale de l'Himalaya). La croûte océanique n'excède guère $7\mathrm{km}$.

Enfin, l'âge oppose les deux croûtes de façon spectaculaire. La croûte continentale conserve des roches extrêmement anciennes : les plus vieilles connues (gneiss d'Acasta, Canada ; zircons de Jack Hills, Australie) approchent 4 milliards d'années (4 Ga), soit près de l'âge de la Terre elle-même (4,55 Ga). La croûte océanique, sans cesse créée puis recyclée, ne dépasse nulle part 200 millions d'années (200 Ma) : c'est un plancher géologiquement très jeune.

Cette opposition d'âge n'est pas fortuite : elle traduit deux histoires géologiques distinctes. La croûte océanique est fabriquée en continu au niveau des dorsales, puis détruite quelques dizaines de millions d'années plus tard en s'enfonçant dans le manteau (subduction). Elle se comporte comme un tapis roulant, jamais vieux. La croûte continentale, au contraire, trop légère pour s'enfoncer durablement, résiste au recyclage : elle s'accumule et conserve la mémoire des premiers âges de la planète. C'est pourquoi les archives géologiques les plus anciennes (fossiles, roches datées) se lisent exclusivement sur les continents.

4.1.3 Sous la croûte : un manteau de péridotite

Il faut se garder de confondre la croûte avec l'ensemble de la partie superficielle du globe. Sous le Moho, le manteau n'est pas fait de granite ni de basalte mais de péridotite, roche très dense (densité $\approx 3,3$) riche en olivine et en pyroxène, donc encore plus mafique que la croûte océanique. C'est cette péridotite, chaude et solide, qui constitue à la fois la base de la lithosphère et l'asthénosphère : la limite entre ces deux domaines, on le verra, ne correspond à aucun changement de roche.