TD5 - La terre, machine thermique

1. Différencier la convection, du rayonnement et de la conduction: trois modes de propagation de la chaleur.

Lorsque le bécher d'eau est chauffé par le haut, la température du fond du bécher n'augmente que très peu en 10 min (elle passe de 11,7 à 15,5 °C en 600s) alors que la température de l'eau de surface augmente régulièrement pour atteindre près de 86 °C en 10 min.
Lorsque le bécher d'eau est chauffé par le bas, les températures de fond et de surface s'homogénéisent et augmentent régulièrement de 20,1°C à près de 60°C en 10 min.
On peut donc dire, que dans un bécher d'eau chauffé par le haut, les eaux froides et chaudes ne se mélangent pas: l'eau chaude reste en surface et l'eau froide reste au fond. Alors que dans un bécher d'eau chauffé par le bas, les eaux se mélangent par des mouvements de convection qui déplacent l'eau plus chaude vers le haut et l'eau plus froide vers le bas.
En dernier ressort, le moteur de ces mouvements est la gravité qui attire vers le bas les eaux froides, les plus denses. Ces dernières poussant les eaux chaudes, les moins denses, vers le haut.

2. La tomographie sismique: une méthode pour réaliser une image de la structure thermique du globe.

L'exercice d'application n°4, p 145 (Belin) :

rai sismique distance parcourue
d= Rac. carrée (a²+b²)
(km) temps théorique
t = d/v_P
(s)
temps mesuré
(s)
retard
(s)
x mesurée graphiquement
(km)

A 7,21 1,202 1,202 0

B 8,94 1,490 1,527 0,037 1,442

C 14,42 2,403 2,442 0,039 1,856

D 11,31 1,885 1,885 0

E 8,25 1,375 1,476 0,101 2,895

F 8,25 1,375 1,373 0,002

G 8,25 1,375 1,373 0,002

c) la zone où peut se trouver la perturbation est en jaune puisqu'elle n'affecte que les rais B, C et E et non les autres rais qui doivent donc se trouver en dehors de la zone. En orange la zone rectangulaire la plus probable.

d) la zone perturbée présente donc des vitesses trop lentes puisque le retard est postif (l'onde sismique met plus de temps à se propager).

e) détermination graphique (voir tableau ci-dessus).

f) dv = -0,8 km.s^-1

g) les zones chaudes correspondant à un ralentissement des ondes sismiques, nous sommes en présence d'une zone chaude si la perturbation de la vitesse n'est due qu'à une différence de température, si les trajets sont rectilignes (si le milieu est homogène pour tous les autres paramètres que la température)... etc.