Tu n'as pas encore vu le chapitre et le contrôle arrive. On commence par le socle : savoir nommer les enveloppes du globe et reconnaître ce qui les caractérise. Aucun calcul ici, seulement du vocabulaire à replacer — c'est le genre de points qu'on prend sans réfléchir quand on a appris sa leçon.

1Identifier les enveloppes/ 4 pts
Associe chaque description à la bonne enveloppe parmi : croûte continentale, croûte océanique, manteau, noyau externe, graine.
  1. Cette enveloppe est liquide et composée principalement de fer-nickel ; les ondes S ne la traversent pas.
  2. D'une épaisseur de 5 à 10 km, constituée de basalte, avec une densité d'environ $3{,}0 \text{ g/cm}^3$.
  3. Solide et ductile, formée de péridotite, elle représente environ 82 % du volume du globe.
  4. Solide, en fer-nickel, délimitée en surface par la discontinuité de Lehmann à ~5 100 km de profondeur.
Corrigé
a) \(\text{Liquide, fer-nickel, ondes S absentes} \Rightarrow\) \(\text{Noyau externe}\)
b) \(\text{5–10 km, basalte, } \rho \approx 3{,}0 \text{ g/cm}^3 \Rightarrow\) \(\text{Croûte océanique}\)
c) \(\text{Solide, ductile, péridotite, 82 \% du volume} \Rightarrow\) \(\text{Manteau}\)
d) \(\text{Solide, fer-nickel, discontinuité de Lehmann (5 100 km)} \Rightarrow\) \(\text{Graine (noyau interne)}\)

Le vocabulaire est en place ? On l'utilise. Cet exercice demande une soustraction, puis deux justifications courtes : il s'agit d'appliquer directement les définitions de lithosphère et d'asthénosphère, et de repérer la confusion classique entre « qui se déforme » et « liquide ».

4Lithosphère et asthénosphère/ 3 pts
Réponds aux questions suivantes en justifiant ta réponse.
  1. La lithosphère continentale a une épaisseur d'environ 100 km et la croûte continentale d'environ 35 km. Quelle est l'épaisseur de la partie mantellique de cette lithosphère ?
  2. Pourquoi dit-on que les plaques lithosphériques « glissent » sur l'asthénosphère ?
  3. Un élève affirme : « Le manteau est liquide puisqu'il peut se déformer lentement. » Identifie et corrige l'erreur.
Corrigé
a) \(e_{\text{manteau lithosphérique}} = 100 - 35 =\) \(65 \text{ km}\)
b) \(\text{L'asthénosphère est partiellement fondue (~1 \% de fusion) et ductile.}\) \(\text{Sa très faible viscosité à l'échelle géologique permet aux plaques rigides de glisser lentement sur elle sous l'effet des contraintes thermiques et gravitationnelles.}\)
c) \(\text{Un matériau peut fluer (se déformer lentement) sans être liquide.}\) \(\text{Le manteau est solide mais ductile : il se déforme à l'échelle de millions d'années. La preuve est que les ondes S le traversent, ce qui est impossible dans un liquide.}\)

On change de terrain. Tu ne récites plus une définition : on te donne une observation sismologique et tu dois l'expliquer. C'est le premier vrai raisonnement du chapitre — pars de ce que tu sais sur la propagation des ondes et déroule.

3Zone d'ombre et discontinuité de Gutenberg/ 3 pts
On observe qu'entre 103° et 143° d'angle épicentral, les stations ne reçoivent pas d'ondes P directes après un séisme. Ce phénomène est la zone d'ombre.
  1. Pourquoi les ondes P sont-elles fortement déviées à ~2 900 km de profondeur ?
  2. Pourquoi les ondes S sont-elles totalement absentes au-delà de 103° (et pas seulement dans la zone d'ombre) ?
  3. Que révèle l'existence de cette zone d'ombre sur l'état physique du noyau externe ?
Corrigé
a) \(\text{À 2 900 km : passage manteau solide} \to \text{noyau externe liquide.}\) \(\text{Le changement brutal de milieu (état et densité) provoque une réfraction forte des ondes P, qui sont déviées vers l'intérieur du globe et n'atteignent plus la zone 103°–143°.}\)
b) \(\text{Les ondes S ne se propagent pas dans les liquides.}\) \(\text{Tout trajet dépassant 103° passe nécessairement par le noyau externe liquide : les ondes S y sont arrêtées et aucune n'atteint ces stations.}\)
c) \(\text{Déviation des ondes P + disparition des ondes S \`a 2 900 km}\) \(\text{Le noyau externe est à l'état liquide (incapable de transmettre les ondes de cisaillement).}\)

Format contrôle. Tu enchaînes sur un même énoncé des explications, une manipulation littérale et une application numérique. Prends les questions dans l'ordre : la question littérale prépare le calcul de la suivante.

2Exploiter un sismogramme/ 4 pts
Une station sismique enregistre les ondes P après une durée de trajet $t_P$ (comptée depuis le déclenchement du séisme) et les ondes S avec un retard $\Delta t = t_S - t_P = 48$ s. Les vitesses moyennes sont $V_P = 8$ km/s et $V_S = 5$ km/s.
  1. Pourquoi les ondes P arrivent-elles avant les ondes S ?
  2. En posant $d = V_P \cdot t_P = V_S \cdot t_S$, exprime $d$ en fonction de $V_P$, $V_S$ et $\Delta t$ uniquement (éliminer $t_P$).
  3. Calcule la distance $d$ à l'épicentre pour $\Delta t = 48$ s.
  4. Que peut-on dire des ondes S si la station était située à plus de 103° d'angle épicentral ?
Corrigé
a) \(V_P = 8 \text{ km/s} \gt V_S = 5 \text{ km/s}\) \(\text{Les ondes P sont plus rapides que les ondes S : elles parcourent la même distance en moins de temps et arrivent donc en premier.}\)
b) \(d = V_P t_P \Rightarrow t_P = \dfrac{d}{V_P} \quad;\quad d = V_S(t_P + \Delta t) = V_S\!\left(\dfrac{d}{V_P} + \Delta t\right) \Rightarrow d\!\left(1 - \dfrac{V_S}{V_P}\right) = V_S\,\Delta t\) \(d = \dfrac{V_P\, V_S\, \Delta t}{V_P - V_S}\)
c) \(d = \dfrac{8 \times 5 \times 48}{8 - 5} = \dfrac{1\,920}{3} =\) \(d = 640 \text{ km}\)
d) \(\text{Au-delà de 103°, tout trajet direct traverse le noyau externe (liquide).}\) \(\text{Les ondes S sont totalement absentes car elles ne se propagent pas dans les liquides.}\)

Le registre au-dessus : on te donne des données brutes et tu dois en tirer le modèle. C'est exactement l'exercice d'analyse de document que tu retrouveras en terminale puis dans le supérieur. Prends le temps de relier chaque rupture de vitesse à un changement de milieu.

5Problème — Lire un graphe vitesse / profondeur/ 6 pts
Un graphe montre les variations de vitesse des ondes P avec la profondeur. On lit : à 30 km, saut de 6,0 km/s à 8,0 km/s ; à 2 900 km, chute de 13,5 km/s à 8,0 km/s ; à 5 100 km, hausse de 8,0 km/s à 10,4 km/s. Les ondes S disparaissent à 2 900 km et réapparaissent à 5 100 km.
  1. Nomme la discontinuité à 30 km et les deux couches qu'elle sépare.
  2. Nomme la discontinuité à 2 900 km. Qu'indique la chute brutale de vitesse des ondes P ?
  3. Que peut-on déduire sur l'état physique du noyau externe (2 900–5 100 km) et de la graine (au-delà de 5 100 km) à partir du comportement des ondes S ?
  4. Calcule le temps mis par une onde P pour traverser le noyau externe à la vitesse moyenne $\overline{V}_P = 10$ km/s. Exprime le résultat en minutes et secondes.
Corrigé
a) \(\text{Saut à 30 km : } V_P\colon 6{,}0 \to 8{,}0 \text{ km/s}\) \(\text{Discontinuité de Mohorovičić (Moho) — sépare la croûte continentale du manteau.}\)
b) \(\text{Chute à 2 900 km : } V_P\colon 13{,}5 \to 8{,}0 \text{ km/s}\) \(\text{Discontinuité de Gutenberg. La chute indique le passage d'un milieu solide dense (manteau) à un milieu liquide moins rigide (noyau externe) : la vitesse des ondes P diminue car le module d'élasticité chute.}\)
c) \(\text{Ondes S absentes entre 2 900 et 5 100 km} \Rightarrow \text{liquide} \;\;;\;\; \text{ondes S présentes au-delà de 5 100 km} \Rightarrow \text{solide}\) \(\text{Le noyau externe (2 900–5 100 km) est liquide. La graine (5 100–6 371 km) est solide.}\)
d) \(\Delta e = 5\,100 - 2\,900 = 2\,200 \text{ km} \quad;\quad t = \dfrac{2\,200}{10} = 220 \text{ s}\) \(t = 220 \text{ s} = 3 \text{ min } 40 \text{ s}\)