Exercice 3: la tomographie sismique

Le modèle de géosphère à symétrie sphérique donne de la structure interne du Globe une vue simplificatrice. Il est important de noter que si la Terre ne présentait que des variations radiales de vitesse, tous les temps d'arrivée, pour un type d'onde donné, seraient identiques. Tel n'est pas le cas (dispersion des hodochrones). En effet, dès que l'on étudie plus en détail chacune des enveloppes, on s'aperçoit de l'existence de variations latérales. La technique chargée de l'étude de ces anomalies est la tomographie sismique; son principe est illustré sur la figure 3.1. Si une onde sismique traverse un milieu dont les propriétés physiques (densité, modules élastiques) différent de celles du modèle moyen (par exemple PREM), elle arrivera en retard ou en avance par rapport aux prédictions de ce modèle. On en déduit alors des cartes de variations de V_P et V_S par rapport au modèle (notons que l'établissement de ces cartes nécessite la donnée d'un grand nombre de temps de parcours).

Figure 3.1: principe de la tomographie sismique. Les rais émis lors d'un tremblement de Terre se propagent dans le manteau qui présente une zone anormalement lente. Les rais arrivant aux stations B et C sont retardés par rapport à ceux arrivant en A et D.

3.1: tomographie régionale

Un exemple de tomographie sismique régionale vous est montré sur la figure 3.2.

Figure 3.2: Coupe tomographique allant de l'Europe orientale à l'Asie. Les foyers des séismes sont représentés par des points blancs

Commentez la figure 3.2, en particulier en vous servant de ce que vous avez appris dans le TT précédent. Comment interprétez-vous ces anomalies de vitesse?

3.2: tomographie globale

Vous disposez désormais d'une carte des hétérogénéités latérales de vitesse des ondes S à 100 km de profondeur pour le globe entier (figure 3.3).

Figure 3.3: anomalies des ondes S à 100 km de profondeur (Montagner, 2000).

Commentez la figure 3.3 en vous servant de ce que vous avez appris dans le TT précédent.