genie civil et geotechnique

Introduction :

   La globe terrestre se compose de trois partie qui sont : lithosphère, hydrosphère, atmosphere.dans notre exposé on va voir les différentes composant de chacun d’eaux.

Atmosphère :

   L’Atmosphère est un mélange de gaz et de particules qui enveloppent tout corps céleste (la Terre, par exemple) possédant un champ de gravitation suffisamment fort pour les empêcher de s’échapper.

Composition de l’atmosphère :

   Les trois principaux constituants de l’atmosphère terrestre sont l’azote (N₂, 78,1%), l’oxygène (O₂, 20,9%) et l’argon (Ar, 0,9% ) ces concentrations étant chiffrées pour de l’air sec. Les autres constituants étant présents en quantités minimes, leur concentration est généralement exprimée en parties par million (ppm). Il s’agit principalement du dioxyde de carbone (CO₂, 350 ppm) et du néon (Ne, 18 ppm). Des traces de nombreux autres gaz sont également présentes, tels que l’hélium (He), le krypton (Kr), l’hydrogène (H₂), le xénon (Xe) et l’ozone (O₃). À ces concentrations dans l’air sec, il faut aussi ajouter un fort taux en vapeur d’eau (H₂O), variant de 1 p. 100 dans les régions polaires à 4 p. 100 dans les régions équatoriales.

Dans la basse atmosphère se concentrent également une proportion variable de gaz polluants et de très faibles quantités d’aérosols (poussières d’origine volcanique ou industrielle, grains de sable et de sel, pollens, etc.). Les gaz polluants — monoxyde de carbone (CO), méthane (CH₄), oxydes d’azote (N₂O, NO, NO₂), ammoniac (NH₃), dioxyde de soufre (SO₂), chlorofluorocarbures (CFC), etc. , majoritairement d’origine anthropique, sont à l’origine de diverses dégradations environnementales, telles que les effets des pluies acides, le trou de la couche d’ozone ou l’effet de serre

Structure de l’atmosphère :

   L’atmosphère terrestre s’étend sur une épaisseur de l’ordre de 10 000 km ; cependant, 99% de sa masse se concentrent dans ses 25 à 30 premiers kilomètres, ce qui est infime en comparaison du rayon terrestre (6 400 km). Elle est divisée en une succession de couches sphériques concentriques, chacune d’entre elles étant définie par ses propriétés physiques (température, pression, densité de l’air) sur une épaisseur caractéristique.

*troposphère :

   La première couche rencontrée à partir du sol se nomme la troposphère et s’étend sur une altitude moyenne d’environ 13 km jusqu’à la tropopause, sa limite supérieure. L’altitude de la tropopause varie cependant en fonction de la latitude, de 9 km aux pôles (température de – 40 °C) à 17 km au niveau de l’équateur (température de – 80 °C). La densité de l’air y étant élevée, la masse de cette couche représente environ 80% de la masse totale de l’atmosphère, alors que son volume constitue seulement 1,5%  du volume total de l’atmosphère. Dans cette couche, le gradient thermique vertical est négatif, de – 6,5 °C en moyenne pour 1 000 m de dénivellation. De puissants vents (jet-stream) y circulent d’ouest en est aux latitudes moyennes, entre 9 et 14 km d’altitude, avec des vitesses de l’ordre de 200 à 500 km/h. Les lignes aériennes, qui se positionnent au niveau de la tropopause ou légèrement au-dessus, utilisent d’ailleurs ces vents afin de réduire leur temps de vol. Cette mince couche gazeuse troposphérique, où se produisent les phénomènes météorologiques (formation des nuages, mouvements des masses d’air), joue un rôle essentiel sur Terre.

Stratosphère :

   Située juste au-dessus de la troposphère avec la tropopause comme transition, la seconde couche est désignée sous le nom de stratosphère. Elle s’élève jusqu’à la stratopause (sa limite supérieure), à une altitude d’environ 50 km, où règne une température voisine de celle rencontrée au niveau de la surface terrestre. La température reste constante dans la stratosphère inférieure. Cependant, le phénomène d’absorption de la couche d’ozone (aux environs de 20 à 30 km d’altitude), qui filtre les rayons ultraviolets solaires nocifs à la vie, entraîne une augmentation de la température au sein de la troposphère supérieure. Dans cette couche, le gradient thermique y est donc globalement positif.

Mésosphère :

   La troisième couche, située entre 50 et 80 km d’altitude, est appelée la mésosphère. Le gradient thermique y redevient négatif avec une limite de température de l’ordre de – 110 à – 140 °C au niveau de sa limite supérieure (mésopause). La densité de l’air y est très faible, mais reste cependant suffisante pour brûler les météores extraterrestres (étoiles filantes).

Thermosphère et ionosphère :

   La dernière véritable couche de l’atmosphère s’étend au-delà de 80 km et jusqu’à une altitude de 600 km. Dans cette couche, l’air se fait extrêmement rare (proche du vide physique). Compte tenu des températures élevées qui y règnent (jusqu’à 1 200 °C au maximum), cette couche est appelée thermosphère et coïncide également avec l’ionosphère. En effet, la propagation et l’absorption du rayonnement solaire dans cette couche atmosphérique entraînent son ionisation, la rendant ainsi conductrice (formation d’un plasma). Ce plasma, qui présente notamment la propriété d’absorber et de réfléchir une partie des ondes radios émises depuis la Terre, permet ainsi à des radiocommunications de s’effectuer sur de très longues distances. Ce phénomène d’ionisation est également à l’origine des aurores polaires.

Exosphère :

   La région située au-delà de l’ionosphère est appelée exosphère. Cette couche se prolonge jusqu’à 10 000 km environ, représentant la limite ultime où l’atmosphère terrestre, devenue extrêmement raréfiée en air, se dilue dans le vide de l’espace. C’est dans cette couche que gravitent les satellites artificiels.

Lithosphère :

   lithosphère, enveloppe externe du globe terrestre regroupant la croûte et la partie superficielle du manteau supérieur pour former une entité rocheuse, l’écorce terrestre, solide et rigide, épaisse de 70 km sous les océans et de 150 km sous les continents. Le terme « lithosphère » vient du grec lithos signifiant « pierre ».

Structure de lithosphère :

On a la figure ci dessous qui représente un log verticale dans la lithosphère :

   Selon les modèles actuels de la Terre, l’intérieur de notre planète, d’un rayon de 6 370 km, se décompose de l’extérieur vers l’intérieur en trois parties principales : la croûte, le manteau et le noyau central.     Le manteau se décompose lui-même en deux parties : le manteau supérieur qui descend jusqu’à une profondeur de 670 km au-dessous de la surface, et le manteau inférieur allant jusqu’à 2 900 km de profondeur. La lithosphère, troisième composante de la biosphère terrestre incluant l’hydrosphère et l’atmosphère, est limitée en profondeur par l’asthénosphère, zone semi fluide qui permet la dérive des continents.

*Le manteau :

   À l’image du globe terrestre, le manteau est également hétérogène, comme le montre l’étude de la propagation des ondes sismiques. Selon la nature cristalline des péridotites constituant le manteau, on distingue le manteau supérieur, descendant jusqu’à une profondeur de 650 à 700 km (température de 1 500 à 1 800 °C), du manteau inférieur prolongeant le manteau supérieur jusqu’à la discontinuité de Gutenberg (température de 4 000 °C). Dans le manteau supérieur, les péridotites seraient sous la forme cristalline d’olivine et de minéraux de type spinelle, alors que dans le manteau inférieur, la structure minéralogique se densifierait, sous l’effet de la pression, en un matériel uniquement stable aux hautes pressions : la pérovskite associée à différents oxydes de fer, de magnésium et d’aluminium.

   Les frontières du manteau se matérialisent par des discontinuités majeures de la vitesse des ondes sismiques se propageant au sein du globe terrestre. La première, nommée discontinuité de Mohorovičić, ou moho, est située à une dizaine de kilomètres sous les océans et à 50 km environ sous les continents. Elle traduit une modification de la composition minéralogique du globe ; le manteau est constitué de roches magmatiques, les péridotites, alors que la croûte est principalement composée de silicates de densité plus faible.

   La seconde discontinuité, dite de « Gutenberg », est située à 2 900 km de profondeur et sépare le manteau du noyau terrestre. Elle traduit, d’une part, une modification de nature chimique, le noyau étant principalement constitué de fer et d’un alliage fer-nickel, et d’autre part, une transition de phase du matériel terrestre, passant d’une phase fluide (manteau) à une phase solide (partie supérieure du noyau).

*la croûte :

   Il existe deux types de croûte :

Croûte océanique La croûte océanique est formée pour l'essentiel de basalte et de gabbro ce dernier  est une roche volcanique composée de cristaux englobés dans un verre. Les minéraux principaux sont les pyroxènes (Py) et les plagioclases (Pl).

Croûte continentale  La croûte continentale est constituée de granite .ce dernier  est une roche magmatique, plutonique à structure grenue, c'est-à-dire entièrement cristallisée, formée par le refroidissement lent, en profondeur d'un magma. Elle est composée de trois minéraux, Quartz (Q), feldspath (F) et micas. Le gneiss et le micaschiste composent également la croûte continentale.

   Il existe deux noyaux, noyau extérieur de 6000 km de profondeur et noyau intérieur vers 8000 km la différence entre les deux est la température, la pression et les matières composantes.

La discontinuité de Mohorovicic :

   Elle sépare la lithosphère de l’asthénosphère.

   L’interface de la croûte et du manteau supérieur est caractérisée par une discontinuité de la vitesse des ondes sismiques, dite discontinuité de Mohorovičić, ou plus simplement moho, traduisant un changement de la composition chimique des roches composant la lithosphère (basaltes, péridots). Le manteau supérieur est constitué de roches magmatiques, les péridotites, composées essentiellement de silicates de magnésium, de fer et de calcium (olivine et pyroxènes). La croûte océanique est composée de roches magmatiques volcaniques, principalement de basalte et de gabbro, alors que la croûte continentale est essentiellement granitique. La croûte océanique, dont la couche la plus âgée atteint 165 millions d’années, a une épaisseur de l’ordre de 6 km en moyenne ; elle est nulle au niveau des dorsales océaniques. L’âge moyen de la lithosphère océanique est estimé à 60 millions d’années, soit 1% de l’âge de la Terre. L’épaisseur de la croûte continentale est plus grande (30 km sous les continents, et 70 km sous les montagnes) ; elle est également plus ancienne que la croûte océanique. Les continents sont âgés en moyenne de 1,3 milliard d’années et certaines roches continentales atteignent même 3,8 milliards d’années.

Les plaques lithosphériques :

   Selon la théorie de la tectonique des plaques, la lithosphère se fragmente en douze plaques lithosphériques semi-rigides distinctes.           Leurs bordures sont des zones sismiques et volcaniques très intenses.     Elles « flottent » et se déplacent sur l’asthénosphère (du grec asthenos signifiant « sans force »), couche dense et visqueuse, principalement composée de roches silicatées (voir isostasie). L’asthénosphère matérialise la limite visqueuse entre les deux structures rigides que sont la lithosphère et la mésosphère (à ne pas confondre avec la mésosphère atmosphérique) ; cette dernière inclut le reste du manteau supérieur et tout le manteau inférieur. La limite entre la lithosphère et l’asthénosphère, caractérisée par un ralentissement des ondes sismiques, décrit le franchissement d’un seuil en température correspondant à la fusion partielle des roches (1 à 2%). L’asthénosphère correspond à la zone dite LVZ (Low Velocity Zone : zone de faible vitesse).

Carte du déplacement des plaques lithosphériques au niveau de l'océan pacifique

Les plaques tectoniques

Hydrosphère :

   C’est tout la partie liquide dans la terre elle représente 71% de la surface de la terre entre les océans et l’eau douce et la glace.

Cycle de l’eau :

   C’est la suite des déplacements de l’eau dans l’atmosphère, à la surface et dans le sous-sol de la Terre.

Molécule d'eau

   Le cycle de l’eau peut être décomposé en quatre processus distincts : stockage, évaporation, précipitation et ruissellement. L’eau peut être stockée temporairement dans le sol, les océans, les lacs et les rivières, ainsi que dans les calottes glaciaires et les glaciers. Elle s’évapore depuis la surface terrestre, se condense en nuages, retombe sous forme de précipitations (pluie ou neige) sur les continents et les océans, puis s’écoule, ruisselle et, à nouveau, est stockée ou s’évapore dans l’atmosphère. Pratiquement toute l’eau présente à la surface de la Terre a parcouru un nombre incalculable de fois ce cycle. Au cours des derniers milliards d’années, la création ou la perte d’eau dans ce processus a été infime.

Des généralités sur le globe terrestre :

Autres Résultats:                      RADIAL   Horizontal   TOTAL   ANGLE       %          Poids 115 Lb
Poids Près des Pôles:               (Newtons)   (Newtons) (Newtons)      (°)       (du Poids)       (Livres)
                                                   (par Kg)       (par Kg)    (par Kg)

Poids à l'extérieur:                       8,73             1,68            8,89        -79,1         90,7                 104
Poids au centre du trou:               3,82             3,36            5,09        -48,7         51,8                  60
Poids au point g nulle [200km]:  0,00             2,00            2,00        horiz->0°   20,4                  23
Poids à l'intérieur:                      -3,16             1,68            3,58          62,0          36,5                  42
Poids à l'intérieur, à l'équateur:-4,23              0,00          -4,23          90,0          43,2                  50