Lithosphère, asthénosphère, chaleur et gravité

Jusqu'ici, tu as découpé la Terre selon ce dont elle est faite : croûte, manteau, noyau. Les géologues utilisent aussi un second découpage, selon la façon dont les roches se comportent, rigides ou déformables. Ce second découpage est indispensable pour comprendre les plaques tectoniques du module suivant. On regarde donc la lithosphère et l'asthénosphère, puis deux autres sources d'information sur l'intérieur : la chaleur qui monte vers la surface et les petites variations de la gravité, mesurées jusque depuis l'espace.

Imagine un mur en construction. Tu peux le décrire par ses matériaux, briques et ciment, ou par son comportement : la partie déjà sèche qui tient debout et la partie fraîche qui se tasse encore. Pour la Terre, c'est pareil. Le découpage par composition donne croûte, manteau, noyau. Le découpage par comportement donne lithosphère et asthénosphère. Et les deux limites ne coïncident pas : la lithosphère comprend toute la croûte plus le haut du manteau. Retiens bien cette différence, car on confond souvent croûte et lithosphère, même dans des articles de presse.

La lithosphère, c'est la carapace rigide de la planète : toute la croûte plus la partie supérieure du manteau, qui se comportent ensemble comme un bloc. Selon l'USGS, elle fait au moins 80 kilomètres d'épaisseur en moyenne sur une grande partie du globe, et elle est plus mince sous les océans et dans les régions volcaniques. Cette carapace est cassée en morceaux : une quinzaine de grandes plaques, d'après le Service géologique britannique, plus de nombreuses petites. Ce sont ces plaques qui bougent de quelques centimètres par an, et c'est à leurs bords que se concentrent la plupart des séismes et des volcans.

Sous la lithosphère se trouve l'asthénosphère, une zone du manteau plus chaude et plus déformable. L'USGS la décrit comme semi-solide. Attention à une erreur très répandue : ce n'est pas une mer de magma sur laquelle flotteraient les continents. Les ondes S la traversent, elle est donc solide. Elle est simplement assez chaude pour se déformer lentement, ce qui permet aux plaques rigides de glisser au-dessus. Le magma des volcans, lui, se forme localement, dans des conditions particulières que tu verras au module 2. Si une vidéo te parle d'un océan de lave sous nos pieds, tu sais maintenant la corriger.

Les mineurs le savent bien : plus on descend dans une mine profonde, plus il fait chaud. Près de la surface, en Europe, la température monte d'environ 3 degrés tous les 100 mètres, soit une trentaine de degrés par kilomètre. Cette valeur n'est pas universelle : elle est plus forte dans les zones volcaniques et plus faible dans les vieux continents. Cette chaleur a deux grandes origines. Une partie date de la formation de la planète. Une autre vient de la radioactivité naturelle de l'uranium, du thorium et du potassium contenus dans les roches. La part exacte de chacune est encore discutée entre spécialistes.

La gravité, en moyenne 9,8 mètres par seconde carrée à la surface, n'est pas exactement la même partout. Au-dessus d'un corps de roches denses, par exemple un gisement de fer, elle augmente très légèrement. Au-dessus d'une épaisse couche de sédiments légers, elle diminue un peu. Des appareils très sensibles, les gravimètres, mesurent ces écarts au sol, et des satellites les mesurent depuis l'espace. Le satellite européen GOCE, lancé en 2009 et arrêté fin 2013, a produit le modèle le plus précis du géoïde, la forme qu'aurait la surface des océans sous la seule action de la gravité. Ces données servent aussi à étudier l'intérieur de la Terre.

Récapitulons la méthode, car elle vaut pour toute la géologie. Les ondes sismiques donnent les limites des enveloppes et leur état, solide ou liquide. La gravité renseigne sur la répartition des masses. La chaleur qui monte révèle le moteur interne de la planète. Les météorites et les roches remontées des profondeurs donnent la composition. Aucun indice ne suffit seul, mais tous racontent la même histoire. C'est exactement ce qu'on attend d'une bonne enquête : des sources indépendantes qui se recoupent. Garde ce réflexe pour toute la suite du parcours, sur le terrain comme devant une carte.

Retiens ceci. La lithosphère est rigide et réunit la croûte et le haut du manteau ; elle est découpée en plaques. L'asthénosphère, en dessous, est chaude et déformable, mais ce n'est pas une mer de magma. La température augmente avec la profondeur, d'une trentaine de degrés par kilomètre près de la surface en Europe, et cette valeur varie selon les régions. Enfin, la gravité varie légèrement avec la densité des roches du sous-sol. Dans le lab de ce module, tu vas dessiner le globe à l'échelle et calculer la distance d'un séisme. Ensuite, place aux plaques qui bougent.