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Géologie · Terminale SE Prépare le BAC

Leçon 1 sur 22

Structure et activités du globe terrestre

Je sais décrire la Terre comme un ensemble d'enveloppes emboîtées et expliquer que ses activités (volcans, séismes, érosion) proviennent de deux sources d'énergie, la chaleur interne et le Soleil.

  • 55 min
  • 5 exercices corrigés
  • 2 schémas
  • QCM de 5 questions

À la fin de la leçon, tu sauras :

  • Donner la forme et les dimensions essentielles du globe terrestre
  • Nommer les enveloppes externes et internes de la Terre
  • Distinguer les activités internes et externes du globe et leurs sources d'énergie
  • Utiliser le gradient géothermique dans un calcul simple

Avant de commencer : Les roches et les minéraux (11e), la géodynamique interne et l'histoire géologique de la Guinée (12e).

1Je découvre

Pendant les vacances, Mamadou accompagne son oncle, ingénieur dans une mine de bauxite près de Boké. Au fond de la fosse, il voit les couches de roche rouge découpées par les engins. « Nous ne grattons que quelques dizaines de mètres, lui dit son oncle. La Terre, elle, a un rayon de plus de 6 000 kilomètres. »

Le soir, en rentrant, Mamadou écoute à la radio un reportage sur un volcan en éruption en Afrique de l'Est. Son grand-père, lui, se souvient qu'en décembre 1983 la terre a tremblé dans la région de Gaoual et que des maisons se sont effondrées. Pendant ce temps, dans le Fouta-Djallon, chaque saison des pluies arrache de la terre aux pentes et la rivière devient rouge de boue.

Mamadou se demande comment tout cela s'organise : une planète qui tremble, qui crache de la lave, et dont la surface s'use lentement sous la pluie.

Comment le globe terrestre est-il organisé, du ciel jusqu'à son centre, et d'où vient l'énergie qui le rend actif ?

2Je comprends

1. La forme et les dimensions de la Terre

La Terre n'est pas une sphère parfaite : elle est légèrement aplatie aux pôles et renflée à l'équateur, à cause de sa rotation. On dit que c'est un ellipsoïde de révolution. L'aplatissement est faible : on peut, pour les calculs, l'assimiler à une sphère.

GrandeurValeur arrondie
Rayon équatorial6 378 km
Rayon polaire6 357 km
Rayon moyen6 371 km
Circonférence à l'équateurenviron 40 000 km
Surfaceenviron 510 millions de km², dont 71 % d'océans
Masse5,97 × 1024 kg
Masse volumique moyenneenviron 5,5 g/cm³
Âgeenviron 4,5 milliards d'années

La différence entre les deux rayons n'est que de 21 km, soit environ 216 378 ≈ 0,3 % du rayon : vue de l'espace, la Terre paraît parfaitement ronde.

2. Une planète faite d'enveloppes emboîtées

Le globe terrestre est formé d'enveloppes (ou couches) disposées comme les pelures d'un oignon. On distingue les enveloppes externes, fluides pour la plupart, et les enveloppes internes, solides pour l'essentiel.

Les enveloppes externes :

  • l'atmosphère : l'enveloppe gazeuse qui entoure la Terre (étudiée dans la leçon suivante) ;
  • l'hydrosphère : l'ensemble des eaux (océans, mers, fleuves comme le Niger ou le Konkouré, lacs, nappes souterraines, glaces) ;
  • la biosphère : l'ensemble des êtres vivants et des milieux où ils vivent, à la rencontre de l'air, de l'eau et du sol.

Les enveloppes internes :

  • la croûte (ou écorce) : la mince couche rocheuse superficielle, de quelques kilomètres sous les océans à quelques dizaines de kilomètres sous les continents ;
  • le manteau : une épaisse couche de roches solides mais chaudes, jusqu'à 2 900 km de profondeur ;
  • le noyau : la partie centrale, riche en fer et en nickel, de 2 900 km jusqu'au centre, à 6 371 km.

Les surfaces qui séparent ces couches sont appelées discontinuités. Tu les étudieras en détail dans les leçons 3 à 5 de ce chapitre.

Croûte contin…35 kmManteau2 865 kmNoyau externe2 200 kmNoyau interne1 271 km
Épaisseurs arrondies des enveloppes internes : la croûte est une « peau » très mince par rapport au manteau et au noyau.

3. Les activités internes du globe

La Terre est une planète active : sa surface change sans cesse, lentement ou brutalement. Les manifestations qui viennent de l'intérieur forment la géodynamique interne :

  • le volcanisme : sortie de magma (roche fondue) en surface, sous forme de coulées de lave ou d'explosions ;
  • les séismes (tremblements de terre) : libération brutale d'énergie lors de la rupture des roches en profondeur ;
  • la formation des montagnes (orogenèse), les plissements et les failles ;
  • les déplacements des plaques lithosphériques, de quelques centimètres par an, qui ouvrent les océans et rapprochent les continents.

Source d'énergie : la chaleur interne. Plus on descend dans la Terre, plus il fait chaud. Dans la croûte, la température augmente en moyenne d'environ 3 °C tous les 100 m : c'est le gradient géothermique. Cette chaleur a deux origines principales :

  • la désintégration des éléments radioactifs contenus dans les roches (uranium, thorium, potassium 40) ;
  • la chaleur initiale accumulée lors de la formation de la Terre, qui s'évacue très lentement.

Cette chaleur s'échappe vers la surface : c'est le flux géothermique. Elle met en mouvement la matière profonde (courants de convection dans le manteau), ce qui explique les volcans, les séismes et les montagnes.

4. Les activités externes du globe

À la surface, d'autres phénomènes transforment les paysages : ils forment la géodynamique externe.

  • l'altération des roches : la pluie et la chaleur décomposent chimiquement les roches. En Guinée, l'altération intense des roches sous climat tropical humide a produit les cuirasses latéritiques et les grands gisements de bauxite ;
  • l'érosion : l'arrachement des particules par l'eau de ruissellement, le vent (harmattan), les vagues ;
  • le transport de ces particules par les cours d'eau et le vent ;
  • la sédimentation : le dépôt des particules dans les plaines, les deltas et les océans, qui forme de nouvelles roches.

Source d'énergie : le Soleil. L'énergie solaire chauffe l'atmosphère et les océans, crée les vents, évapore l'eau et entretient le cycle de l'eau. La gravité fait ensuite couler l'eau et descendre les particules vers les points bas.

Géodynamique interne
  • Énergie : chaleur interne
  • Volcanisme, séismes
  • Formation des montagnes
  • Crée des reliefs
Géodynamique externe
  • Énergie : Soleil et gravité
  • Altération, érosion
  • Transport, sédimentation
  • Aplanit les reliefs
Les deux « moteurs » de la Terre agissent en sens opposés sur le relief.

5. Deux moteurs qui s'opposent

Les activités internes construisent des reliefs (chaînes de montagnes, volcans), tandis que les activités externes les détruisent peu à peu et comblent les creux. Le relief que nous voyons est le résultat de cet équilibre. Le Fouta-Djallon, par exemple, est un ancien plateau de grès soulevé il y a très longtemps et aujourd'hui profondément entaillé par les rivières : c'est pourquoi il est appelé le « château d'eau de l'Afrique de l'Ouest », puisque le Niger, le Sénégal et la Gambie y prennent leur source.

Méthode

Pour calculer une température en profondeur avec le gradient géothermique :

  1. Je relève la température de surface (T₀) et la profondeur (p) en mètres.
  2. Je convertis le gradient en °C par mètre (3 °C / 100 m = 0,03 °C/m).
  3. J'applique : T = T₀ + gradient × p.
  4. Je vérifie l'ordre de grandeur et j'écris l'unité.

Exemple

Une mine d'or descend à 900 m de profondeur. La température moyenne en surface est de 27 °C. Quelle est la température au fond (gradient moyen de 3 °C pour 100 m) ?

Gradient : 3 ÷ 100 = 0,03 °C/m.

Élévation : 0,03 × 900 = 27 °C.

Température au fond : T = 27 + 27 = 54 °C.

Il faut donc ventiler et refroidir les galeries profondes.

Exemple

Calculer la masse volumique moyenne de la Terre avec R = 6 371 km et M = 5,97 × 10²⁴ kg.

Volume : V = (4/3) × π × R³ = (4/3) × 3,14 × (6,371 × 10⁶ m)³ ≈ 1,08 × 10²¹ m³.

Masse volumique : ρ = M ÷ V = 5,97 × 10²⁴ ÷ 1,08 × 10²¹ ≈ 5 500 kg/m³, soit 5,5 g/cm³.

Les roches de surface ne dépassent guère 2,7 à 3 g/cm³ : l'intérieur de la Terre est donc beaucoup plus dense.

3Je retiens

Je retiens

La Terre est un ellipsoïde légèrement aplati aux pôles : rayon moyen 6 371 km, masse volumique moyenne 5,5 g/cm³, âge environ 4,5 milliards d'années.

Enveloppes externes : atmosphère, hydrosphère, biosphère. Enveloppes internes : croûte, manteau (jusqu'à 2 900 km), noyau (jusqu'à 6 371 km).

Géodynamique interne (volcans, séismes, montagnes, mouvements des plaques) : énergie = chaleur interne (radioactivité + chaleur initiale).

Géodynamique externe (altération, érosion, transport, sédimentation) : énergie = Soleil et gravité.

Gradient géothermique moyen dans la croûte : environ 3 °C pour 100 m, soit 1 °C tous les 33 m environ.

Les activités internes construisent les reliefs ; les activités externes les usent.

4Erreurs fréquentes

  • Croire que la chaleur interne vient du Soleil : le Soleil ne chauffe que la surface ; la chaleur profonde vient surtout de la radioactivité des roches.
  • Croire que le manteau est liquide : il est solide, même s'il peut se déformer très lentement ; la lave provient de zones fondues localisées.
  • Appliquer le gradient de 3 °C/100 m jusqu'au centre de la Terre : il n'est valable que dans la croûte ; on obtiendrait près de 190 000 °C, ce qui est faux.
  • Confondre altération (décomposition sur place) et érosion (arrachement et départ des particules).

5Je m’exerce

1Exercice 1

(Questions de cours)

a) Cite les trois enveloppes externes et les trois enveloppes internes du globe.

b) Pourquoi dit-on que la Terre est un ellipsoïde de révolution ?

c) Quelles sont les deux origines de la chaleur interne ?

Voir le corrigéCacher le corrigé

a) Enveloppes externes : atmosphère, hydrosphère, biosphère. Enveloppes internes : croûte, manteau, noyau.

b) Parce que la Terre est une sphère légèrement aplatie aux pôles et renflée à l'équateur, forme obtenue en faisant tourner une ellipse autour de l'axe des pôles ; cet aplatissement est dû à la rotation de la Terre.

c) La désintégration des éléments radioactifs des roches (uranium, thorium, potassium 40) et la chaleur initiale accumulée lors de la formation de la Terre.

2Exercice 2

Classe les phénomènes suivants en géodynamique interne ou externe, et indique leur source d'énergie : éruption volcanique ; ravinement d'une piste pendant la saison des pluies ; tremblement de terre ; dépôt de sable dans le delta d'un fleuve ; formation d'une chaîne de montagnes ; formation de la bauxite de Boké.

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PhénomèneGéodynamiqueÉnergie
Éruption volcaniqueinternechaleur interne
Ravinement d'une pisteexterneSoleil (pluie) et gravité
Tremblement de terreinternechaleur interne
Dépôt de sable dans un deltaexterneSoleil et gravité
Formation d'une chaîne de montagnesinternechaleur interne
Formation de la bauxiteexterne (altération)Soleil (pluie, chaleur)

3Exercice 3

Un forage d'eau atteint 150 m de profondeur. La température de surface est de 28 °C. Avec un gradient de 3 °C pour 100 m, calcule la température au fond du forage. À quelle profondeur l'eau atteindrait-elle 100 °C ?

Voir le corrigéCacher le corrigé

Élévation de température : 0,03 × 150 = 4,5 °C. Température au fond : 28 + 4,5 = 32,5 °C.

Pour atteindre 100 °C, il faut une élévation de 100 − 28 = 72 °C, soit une profondeur de 72 ÷ 0,03 = 2 400 m.

4Exercice 4

Calcule, en pourcentage du rayon moyen, l'épaisseur moyenne de la croûte continentale (35 km) et celle du manteau (2 865 km). Que peux-tu en conclure ?

Voir le corrigéCacher le corrigé

Croûte : 356 371 × 100 ≈ 0,55 %. Manteau : 2 8656 371 × 100 ≈ 45 %.

La croûte, seule couche que l'on peut observer directement, ne représente qu'une infime partie du rayon ; l'essentiel du globe est inaccessible et doit être étudié par des méthodes indirectes.

5Exercice 5

(Type BAC) On donne les masses volumiques suivantes : granite 2,7 g/cm³ ; basalte 3,0 g/cm³ ; péridotite 3,3 g/cm³ ; fer 7,9 g/cm³. La masse volumique moyenne de la Terre est de 5,5 g/cm³.

a) Les roches de la surface peuvent-elles, à elles seules, expliquer la masse volumique moyenne de la Terre ? Justifie.

b) Que peut-on en déduire sur la composition des couches profondes ?

c) Explique pourquoi le relief de la Guinée résulte à la fois d'activités internes et externes.

Voir le corrigéCacher le corrigé

a) Non. Toutes les roches de surface ont une masse volumique comprise entre 2,7 et 3,3 g/cm³, inférieure à 5,5 g/cm³. Une Terre formée uniquement de ces roches aurait une masse volumique moyenne d'environ 3 g/cm³.

b) Les couches profondes sont nécessairement beaucoup plus denses que 5,5 g/cm³ par endroits : elles doivent contenir des matériaux lourds, comme le fer (7,9 g/cm³), ce qui annonce l'existence d'un noyau métallique.

c) Les activités internes ont soulevé et fracturé les anciens massifs (dorsale guinéenne, Fouta-Djallon, monts Nimba) ; les activités externes, sous un climat tropical humide, les ont altérés (latérite, bauxite) et érodés (vallées creusées par les rivières), et les particules arrachées se déposent dans les plaines et sur le littoral de la Basse-Guinée.

Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.

6Je vérifie

Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.

1Quel est le rayon moyen de la Terre ?
Voir la réponse

Réponse B : 6 371 km. Le rayon moyen vaut 6 371 km ; 12 742 km est le diamètre.

2Quelle enveloppe regroupe les océans, les fleuves et les nappes souterraines ?
Voir la réponse

Réponse C : l'hydrosphère. L'hydrosphère est l'ensemble des eaux de la Terre, sous toutes leurs formes.

3Quelle est la principale source de la chaleur interne du globe ?
Voir la réponse

Réponse B : la désintégration des éléments radioactifs. La radioactivité naturelle des roches (uranium, thorium, potassium) produit l'essentiel de la chaleur interne.

4Lequel de ces phénomènes appartient à la géodynamique externe ?
Voir la réponse

Réponse C : l'érosion des sols par les pluies. L'érosion est alimentée par l'énergie solaire (cycle de l'eau) et par la gravité.

5Avec un gradient de 3 °C pour 100 m et 25 °C en surface, quelle température règne à 1 000 m ?
Voir la réponse

Réponse B : 55 °C. 0,03 × 1 000 = 30 °C d'élévation, donc 25 + 30 = 55 °C.

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