La structure interne du globe terrestre n’est pas visible depuis la surface. Pour l’étudier, les géologues ont recours à des méthodes d’observation indirecte, comme la tomographie sismique qui se sert des ondes générées par un tremblement de terre pour analyser la structure du sous-sol.

Les tremblements de terre génèrent des perturbations qui se propagent autour du point de rupture. Certaines perturbations se déplacent dans toutes les directions : ce sont les ondes de volume. D’autres se propagent uniquement en surface : ce sont les ondes de surface.  

Parmi les ondes de volume, on distingue les ondes de pression (ondes P) et les ondes de cisaillement (ondes S). Les premières dilatent puis compriment la matière, les secondes font osciller les particules autour de l’axe de propagation de la perturbation.

La vitesse de propagation des ondes de volume est proportionnelle à la densité du milieu traversé. Cette caractéristique a permis d’établir le profil de densité de la structure interne de la Terre et de révéler l’existence de surfaces de discontinuité vers 30, 680, 2900 et 3700 km de profondeur. Ces surfaces marquent la séparation entre des milieux bien différents.     

Par-ailleurs, les ondes P peuvent se propager dans tous les milieux, quel que soit leur état (solide, liquide ou gazeux). A l’inverse, les ondes S ne se propagent pas dans les milieux liquides.

Ainsi, la présence d’onde P et l’absence d’onde S sur le relevé effectué par un sismographe suggère la présence d’un milieu liquide sur le trajet des ondes. C’est par cette méthode que les géologues ont mis en évidence l’organisation concentrique de la Terre interne et la présence d’un noyau externe liquide. 

  • La croûte terrestre

D’un rayon moyen de 6370 km, la Terre est faite d’une succession de couches souterraines de densité croissant avec la profondeur. L’écorce terrestre est l’enveloppe la plus externe. Elle se compose d’une grande variété de roches et son épaisseur varie beaucoup suivant les lieux. Dans les régions continentales, la croûte a une épaisseur moyenne comprise entre 30 et 100 km de profondeur et une densité estimée entre 2,7 en surface et 3 en profondeur. On y trouve aussi bien des roches magmatiques que des roches sédimentaires ou métamorphiques. Toutefois, à l’échelle du globe, la roche qui prédomine est le granite. Dans les bassins océaniques, la croûte contient une forte proportion de basalte. Cette roche plus dense que le granite rend la croûte océanique (densité : 3.2) plus lourde que la croûte continentale. Elle est en revanche beaucoup moins épaisse et s’étend seulement sur 5 à 10 km de profondeur.  

  • Le manteau

La croûte terrestre recouvre un milieu très épais : le manteau. Il représente à lui seul 81 % du volume du globe mais ce n’est pas un milieu homogène, bien au contraire.  

Le manteau supérieur (ou asthénosphère) débute à 150 km de profondeur sous les continents et 70 km sous les océans, est d’une nature plutôt ductile. Il est principalement constitué de péridotites, des roches très riches en olivine. 

Puis, vers 700 km de profondeur se trouve une surface de discontinuité qui marque la transition avec le manteau inférieur. Il s’agit d’un milieu solide à l’échelle d’une année mais plastique, si on considère une période de temps plus grande. Le manteau inférieur s’étend jusqu’à 2900 km de profondeur.

  • Le noyau

Pour finir, l’intérieur de la Terre renferme un noyau, composé des éléments les plus lourds que l’on puisse trouver sur cette planète (fer, nickel…). La partie externe du noyau est un liquide extrêmement chaud (4000°C) de densité comprise entre 10 et 12. Le milieu est animé de mouvements convectifs générant un champ magnétique puissant. La partie interne du noyau serait quant à elle, complètement solide bien que les températures dépassent les 5000°C.    

  • Les surfaces de discontinuité

Il existe trois surfaces majeures de discontinuité, au niveau desquelles les caractéristiques physiques du milieu changent brutalement. La première discontinuité, dite discontinuité de Mohorovicic (Moho) est située entre 10 et 30 km de profondeur et sépare la croûte terrestre du manteau supérieur. La seconde est la discontinuité de Gutenberg. Elle est située vers 2900 km de profondeur, entre le manteau inférieur et le noyau externe. Enfin, la troisième discontinuité, dite discontinuité de Lehman, marque la transition entre les noyaux externe et interne, à 5100 km de profondeur.