Les grands enjeux et la tomographie sismique

Structure tridimensionnelle du manteau : tomographie sismique et modélisation des formes d'ondes. Les grandes structures à la base du manteau : réservoir primordial ou cimetière de plaques ? Relation avec les observations de surface (points chauds etc.). Introduction de la structure fine par la sismologie.

En très bonne première approximation, la structure de la Terre est constituée de couches sphériques concentriques, et est décrite par un modèle « 1D », où les variations de toutes les propriétés ne dépendent que de la profondeur (ou du rayon). Comme nous l’avons dit précédemment, ce modèle de Terre « statique » ne rend pas compte des phénomènes dynamiques, telle la convection mantellique, qui introduisent des « variations latérales » par rapport au modèle 1D. Pour décrire plus précisément l’intérieur de la Terre il faut donc considérer un modèle à trois dimensions, 3D (variations avec la profondeur mais aussi avec la position horizontale).La tectonique des plaques définit une circulation mantellique globale avec écoulements ascendants de matière chaude sous les rides océaniques, et écoulements descendants de matière froide dans les zones de subduction. Cependant, certaines observations ne cadrent pas avec ce modèle simple, en particulier la présence de volcanisme intra-plaque (les fameux « points chauds » et les « trapps » continentaux que l’on pense être alimentés par des « panaches » mantelliques). Leur origine donne lieu à plusieurs questions fondamentales :

1) À quelle profondeur se trouve la source des panaches mantelliques (660 km, CMB) ?
2) cette source représente-t-elle un réservoir « primordial » de composition différente de celle des basaltes recueillis dans les rides médio-océaniques ;
3) l’imagerie de ces panaches pourrait-elle nous permettre de déterminer la proportion de chaleur dégagée par radioactivité dans le manteau par rapport à celle correspondant au refroidissement de la Terre ?

Plus généralement, nous avons passé en revue les différentes sources possibles d’hétérogénéité à l’intérieur du manteau terrestre. Ceci nous a mené à décrire les méthodes de détermination de la composition de la Terre, par comparaison des échantillons de roches avec la composition des météorites, et à faire le bilan thermique de la Terre.

Nous avons ensuite abordé la question de la communication entre le manteau supérieur et le manteau inférieur et le rôle de la discontinuité de 660 km.

Pour finir, nous avons rappelé les principes de la tomographie sismique, les différents types de données sismiques utilisées et les difficultés rencontrées, par contraste avec la tomographie médicale, par la distribution non uniforme des sources et des stations.