Comment le sait-on ? Les ondes sismiques

Aucun forage n’a atteint le manteau. Pourtant, nous savons que le noyau externe est liquide, car un type d’onde sismique n’arrive jamais de l’autre côté de la planète.

Deux types d’ondes

Lorsqu’une faille glisse, elle envoie des ondes à travers toute la planète. Les plus rapides sont les ondes P, pour primaires. Elles compriment et étirent la roche dans leur direction de propagation, comme une impulsion le long d’un ressort tendu, et traversent les solides, les liquides et les gaz. Viennent ensuite les ondes S, pour secondaires. Elles font osciller la roche perpendiculairement à leur direction de propagation. Un liquide ne résiste pas à ce cisaillement latéral : les ondes S ne peuvent donc pas s’y propager.

Les deux types d’ondes accélèrent dans les roches plus profondes et plus rigides. Une onde qui descend en oblique est donc déviée, comme la lumière dans l’eau, et sa trajectoire se courbe jusqu’à remonter vers la surface. Des milliers de sismomètres dans le monde mesurent leurs temps d’arrivée. À partir des décalages observés à différentes distances, les sismologues calculent la vitesse des ondes à chaque profondeur. Les changements brusques de vitesse signalent les limites entre couches. Le British Geological Survey compare ce phénomène à la déviation de la lumière dans un prisme en verre.

Les zones d’ombre

Mesure l’angle autour de la Terre à partir du séisme : le point opposé se trouve à 180°. Les ondes S directes sont enregistrées jusqu’à environ 104°, puis disparaissent complètement. Quelque chose entre le manteau et le centre les arrête. Comme les ondes S ne s’arrêtent que dans un liquide, cette couche doit être liquide. Les ondes P se comportent autrement. Elles disparaissent aussi au-delà d’environ 104°, puis réapparaissent à partir d’environ 140°. Selon l’USGS, le noyau liquide les dévie. Les ondes P ralentissent fortement en entrant dans le noyau externe, car elles se propagent moins vite dans le fer liquide que dans la roche rigide au-dessus. Elles sont donc fortement déviées vers le centre et ressortent très loin. La bande de surface entre 104° et 140° ne reçoit aucune onde P directe.

Tu peux l’observer dans le modèle. Regarde l’horloge : les ondes P atteignent l’autre côté de la Terre après environ 20 minutes, mais les ondes S n’y arrivent jamais. Déplace le curseur Séisme : les zones d’ombre suivent le séisme. Cela montre qu’elles sont dues à l’intérieur de la Terre et non aux particularités d’un lieu en surface. Dans ce modèle simplifié, le dernier rayon P qui évite de justesse le noyau ressort vers 97° ; les ondes réelles contournent aussi le bord du noyau, ce qui prolonge un peu la portée de faibles ondes P.