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TPE: les tremblements de terre

Publié le 06/12/2018

Extrait du document

LA TERRE EN MOUVEMENT
 
A la surface de notre planète, les tremblements de terre sont des manifestations géologiques quotidiennement banales qui, généralement, ne sont pas ressenties par l'homme. En effet, si les appareils de mesure enregistrent annuellement plus d'un million de séismes (soit environ deux par minute), la population n'en perçoit que 100 000, dont 1% seulement provoque des dommages. Toutefois, les tremblements de terre sont responsables des catastrophes naturelles les plus meurtrières de toutes. Depuis un siècle, on estime en moyenne à 20 000 le nombre des personnes tuées dans le monde chaque année lors des séismes. On peut définir un tremblement de terre comme un phénomène extrêmement bref, caractérisé par des secousses telluriques ne dépassant pas quelques secondes ou quelques minutes. Tout comme le volcanisme, il est le résultat de la libération d'une quantité considérable d'énergie occasionnée par la friction des différentes plaques terrestres.
 
POURQUOI LA TERRE TREMBLE-T-ELLE ?
L« TECTONIQUE DES FLAQUES
 
Comparable à un immense puzzle sphérique, le mince épiderme rocheux de la Terre comprend une douzaine de grandes pièces, appelées plaques lithosphériques, dont sept principales flottent et dérivent sur le magma visqueux du manteau sous-jacent Ces plaques peuvent coulisser entre elles, s’écarter les unes des autres ou encore entrer en collision jusqu'à soulever les montagnes. Soumises à des contraintes considérables, ce sont les frontières séparant ces plaques qui sont le plus souvent ébranlées par les tremblements de terre. À cet endroit, la croûte terrestre se compresse, se plisse, se faille et se casse. C'est d'ailleurs sur ces mêmes frontières instables que s'égrènent la plupart des chaînes volcaniques.
 
Principe d'un séisme
 
Un séisme est le plus souvent provoqué par la rupture brutale des roches en profondeur, en un point appelé foyer. Devant la contrainte imposée par le mouvement des plaques (mouvements de rapprochement ou d'écartement ou bien encore de coulissage des plaques rigides), les roches superficielles se déforment de façon élastique jusqu'à un certain point de
rupture à partir duquel elles cassent brutalement le long d'une ou plusieurs failles.
 
Les parois de la faille, mises en mouvement, frottent l'une contre l'autre de telle sorte qu'il y a dissipation de l'énergie d'une part sous forme de chaleur obtenue par frottement, et d'autre part sous forme de vibrations, les ondes sismiques. Celles-ci se propagent dans toutes les directions à partir du foyer.
CARACTÉRISTIQUES
Hypocentre et épicentre
 
Même s'il semble parfois très localisé, un tremblement de terre est toujours la conséquence des puissants mouvements de l'écorce terrestre à l'échelle de la planète. Quand deux plaques rocheuses s'affrontent le long d'une faille, elles se déforment d'abord lentement et l'énergie s’accumule peu à peu, par endroits. Puis, l'énergie est soudainement libérée et provoque un séisme.
 
On nomme hypocentre le foyer souterrain où se manifeste le séisme et épicentre le point se trouvant en surface à la verticale de I'hypocentre.
 
Les hypocentres (d'un volume de quelques kilomètres cubes) sont situés à des profondeurs très variables, mais 95% d'entre eux sont localisés à moins de 60 kilomètres
 
de profondeur. Les autres ne dépassent pas 700 kilomètres de profondeur. En Californie, par
exemple, l'hypocentre des tremblements de terre occasionnés par la fameuse faille de San Andréas se trouve généralement à moins de
 
20 kilomètres de la surface. Au
Japon, les séismes sont le plus souvent localisés entre 300 et 400 kilomètres de profondeur.
 
Les sismologues classent les séismes en trois catégories selon la profondeur de leur foyer :
 
- les séismes superficiels à moins de 60 kilomètres.
- les séismes intermédiaires de 60 à
 
300 kilomètres.
- les séismes profonds de 300 à 700 kilomètres.
Les ondes sismiques
 
L'énergie libérée lors d'un tremblement de terre engendre des vibrations : les ondes sismiques. Au moment où se produit un séisme, un champ d'ondes se disperse à
 
l'intérieur de la croûte terrestre depuis son hypocentre, ce sont les ondes sismiques de volume, tandis que les ondes sismiques de surface parcourent le sol.
 
Les ondes sismiques de volume On distingue deux types d'ondes sismiques de volume : les ondes P (pour primaires) qui sont longitudinales et les ondes S (pour secondaires) qui sont transversales. Les ondes P se propagent jusqu'à 14 km/s dans tous les milieux : rocheux, aquatique et atmosphérique. Ce sont ces ondes primaires qui créent le grondement sourd caractéristique des tremblements de terre. Les ondes sismiques S ne se propagent que dans les matériaux consistants (roches, habitations, ouvrages d'art...). Leur vitesse oscille entre 4,5 et 8 km/s. Les ondes S occasionnent plus de dégâts que les ondes P car elles déforment les substances solides qu'elles traversent perpendiculairement à la direction de Tonde. On les appelle aussi les «ondes de cisaillement».
 
Les ondes sismiques de surface Les ondes sismiques de surface peuvent être comparées aux rides qui courent à la surface d'un plan d'eau lorsqu'on jette une pierre à l'eau par exemple : celle-ci donne naissance à des ondes qui s'éloignent du point d'impact. Si ces ondes sont moins rapides que les ondes de volume, leur amplitude est généralement plus forte et ce sont les plus destructrices. On distingue les ondes L et les ondes R (pour Love et Rayleigh, deux géophysiciens britanniques). D'une vitesse d'environ 4 km/s, les ondes L ont un déplacement comparable aux ondes S, mais sans mouvement vertical. Plus lentes, les ondes R ont un déplacement à la fois horizontal et vertical.

« • La fradure est associée au plan de clivage.

Un plan de clivage est représenté par les plans réticulaires entre lesquels il existe des liaisons chimiques faibles.

Donc, le cristal va se casser selon des plans de faiblesse.

Par exemple, s'il n'y a qu'une seule famille de plan de clivage, le cristal va se débiter en lamelles caractéristiques (micas).

Si le cristal contient plus d'une famille de clivage, il se débite en polyèdres, avec une cassure en gradins (par exemple la ca/citt).

• Les macles correspondent à l'association de plusieurs individus de même espèce (au moins deux) orientés mutuellement selon des lois cristallographiques très rigoureuses (loi de Macle).

Pour définir une macle, on a besoin de deux éléments de symétrie : le plan d'association, ou plan de macle, et l'axe de rotation, ou axe de macle.

La macle simple n'associe que deux individus, devenus indissociables car ils partagent les plans de leur réseau cristallin, par exemple la macle de .J.�'t� ..

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' - en alliage).

Dureté : 2,5-3 Clivage : nul.

Fracture : fibreuse.

Couleur et transparence :jaune d'or caractéristique, jaune plus clair s'il est allié à l'argent.

Opaque sauf en feuilles très minces.

Trace : jaune d'or.

Éclat : métallique.

Caractères distinctifs : couleur, faible dureté, insoluble dans les acides seuls.

l:or peut être confondu avec la pyrite ou la chalcopyrite (l'or des fous), mais ces deux minéraux-là sont plus fragiles et ont une dureté plus élevée que l'or.

Gisement : en petite quantité dans les veines hydrothermales, souvent en association avec le quartz; dans des dépôts alluviaux dans lesquels, en raison de sa masse volumique, il est séparé des autres minéraux par J'érosion atmosphérique et en cours de transport, pour aboutir à une concentration dans les cours d'eau ou dans d'autres sédiments soit à l'état libre, soit transformé en roche.

Les cours d'eau charrient souvent des grains d'or minuscules sur de longues distances : on peut les récupérer par lavage à la batée, en éliminant tout ce qui n'est pas lourd, et en recherchant parmi ces derniers les particules d'or.

l:or d'Afrique du Sud provient des dépôts alluviaux consolidés, et notamment de conglomérats de quartz.

Argent Composition chimique : Ag Système cristallin : cubique.

Faciès : couramment en fils ou sous forme d'écailles; les cristaux sont rares.

Densité : 10-11 Dureté : 2,5-3 Clivage : nul.

Fracture : fibreuse.

Couleur et transparence : blanc argenté, se ternit rapidement jusqu'au noir.

Opaque.

Trace : blanc argenté.

Éclat : métallique.

Caractères distinctifs : couleur, ternissement noir, malléabilité, soluble dans l'acide nitrique.

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·; l Gisement : veines hydrothermales, ou en petites quantités dans la partie oxydée des dépôts de minerais contenant de l'argent Cuivre Composition chimique : Cu Système cristallin : cubique.

Faciès : en forme de dendrites et d'arborescences ; cristaux habituellement cubiques ou rhombododécaédriques.

Densité : 8,9 Dureté : 2,5-3 Clivage : nul.

Fracture : fibreuse.

Couleur et transparence : rouge de cuivre, noircissant jusqu'au marron foncé.

Opaque.

Trace : rouge cuivre métallique.

Éclat : métallique.

Caractères distinctifs : couleur et ductilité, soluble dans l'acide nitrique.

Gisement : dans les laves basaltiques et dans les grés et conglomérats.

Le cuivre natif, quoique largement répandu, ne se présente qu'en petites quantités.

Masses énormes (plus de 400 tonnes) dans le célèbre gisement du lac Supérieur (Michigan, É.-U.), mais il est alors informe et correspond à des moulages de fractures.

Fer Composition chimique : Fe Alliage: fer-nickel, NiFe Système cristallin : cubique.

Faciès : en grains et en masses dans les roches terrestres.

!:alliage fer-nickel est le principal constituant à l'état natif des météorites, sous forme de kamacite et de taenite.

Densité : 7,3-7,9 Dureté : 4,5 Clivage : difficile.

Fracture : irrégulière.

Couleur et transparence : gris acier à noir.

Opaque.

Trace : métallique.

Caractères distinctifs : magnétisme élevé, malléabilité.

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Gisement : le fer natif n'est pas courant dans les roches terrestres : il s'y présente principalement aux points où des roches volcaniques coupent des veines de charbon.

C'est le principal constituant métallique des météorites.

Diaman t Compos ition chimique : C Système cristallin : cubique.

Faciès : couramment en cristaux octaédriques (faciès aplati fréquent); plus rarement en cubes, avec faces incurvées.

Macles quelquefois sur l'octaèdre.

Densité : 3,5 Dureté: 10 Clivage : octaédrique parfait.

Fracture : conchoïdale.

Couleur et transparence : incolore, transparent.

Parfois jaun3tre, brun, rouge et même noir.

Les diamants pour f"''ll•.,.r.•• la joaillerie sont clairs; les pierres grises à noires sont opaques.

Le diamant en grains ----• fins s'appelle bort.

Trace : blanche.

Éclat : adamantin.

Les cristaux non taillés paraissent graisseux.

Caractères distinctifs : dureté très élevée, clivage octaédrique.

1-------------1 Gisement : sporadique dans la LES MÉTÉORITES Des milliers de corps célestes entrent chaque jour dans l'atmosphère terrestre.

La plupart sont volatilisés, mais 500 d'entre eux environ résistent chaque année à la traversée de l'atmosphère et tombent sur le sol de notre planète.

Ce sont les kimberl ite, roche d'intrusion en forme de cheminées et remontant des grandes profondeurs; également dans des dépôts d'alluvions (principalement des graviers de rivières et des cordons littoraux) dans lesquels le diamant est concentré.

De ces dépôts provenaient la plupart des diamants avant la découverte, au milieu du Xix• siècle, des cheminées de kimberlite en Afrique du Sud.

météorites.

Les minéraux les plus courants des météorites sont de deux Graph ite sortes : des silicates, principalement Composition chimique : C l'olivine, le pyroxène et le plagioclase, Système cristallin : hexagonal.

et des alliages fer-nickel, la kamacite Faciès : cristaux tabulaires, mais plus (Fe avec 4-7% Ni) et la taenite (Fe avec fréquemment en masses, foliacés ou 3o-60% Ni).

Le sulfure de fer ou tro'!lite terreux.

FeS est fréquent lui aussi.

La présence Densité : 2•1·2•3 de ces alliages constitue la différence Dureté: 1'2 la plus notable entre la composition Clivage : sur base, parfait.

minéralogique des météorites et celle Couleur et transparence : noir.

Opaque.

des roches terrestres, celles-ci n'en Trace : noire.

Éclat : métallique sombre.

contenant que trés rarement.

f---- .;...-------- � Caractères distinctifs : douceur extrême, Soufre Composition chimique : S Système cristallin : orthorhombique.

Faciés : cristaux tabulaires ou bipyramidaux; aussi sous forme de masses incrustantes ou stalactitiques.

Densité : 2-2,1 Dureté: 1,5-2,5 Clivage : nul.

Fracture : inégale, quelquefois conchoïdale.

Couleur et transparence :jaune brillant, quelquefois brun3tre.

Transparent à translucide.

Trace : blanche.

Éclat : résineux.

Caractères distinctifs : couleur, faible point de {ll30C), dans l'eau ·ii;l·li·l c.hlorhydrkJue dilué, soluble dans le bisulfure de carbone.

Gisement : masses incrustantes produites par sublimation autour des évents volcaniques et des fumerolles; dans les roches sédimentaires, particulièrement les calcaires et celles qui contiennent du gypse.

Le soufre existe souvent dans le chapeau rocheux des dômes de sel en association avec l'anhydrite, le gypse et la calcite.

toucher gras, marque facilement le papier et souille les doigts.

Gisement : sous forme de flocons disséminés dans des roches métamorphiques, dérivées elles-mêmes de roches ayant une teneur en carbone assez élevée.

Les schistes et les calcaires graphitiques sont assez largement répandus.

Le graphite se rencontre aussi en veines dans des roches ignées et des pegmatites.

Son nom, tiré du grec, signifie "écrire».

LE PO LYMORPHISME DU CARBONE C'est le phénomène par lequel une substance chimique existe sous deux formes ou plus qui ont des propriétés physiques différentes.

Le diamant et le graphite ont la même composition mais leurs et leurs i physiques différentes.. »

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