Les sphères terrestres

1. A propos de la leçon

2. Les sphères terrestres

Vue de l’espace, la Terre est une énorme boule solide entourée d’une couche atmosphérique. La prédominance de la couleur bleue (à l’origine du surnom « planète bleue ») traduit bien l’énorme importance de l’eau, agent essentiel de la plupart des interactions qui font de notre planète un système complexe et changeant. Cette eau qui entoure les continents sous sa forme liquide (les océans), peut également les recouvrir sous sa forme solide (les calottes glaciaires) et les surplomber sous sa forme vapeur (les nuages).

Image : Domaine public

Comme on peut le voir sur les images des bulletins météo télévisés, ces nuages bougent très rapidement, l’atmosphère de notre planète est extrêmement animée. Les continents sont verts par endroits : notre planète est vivante.

Il existe plusieurs façons de décrire notre planète tout en tentant de restituer les interactions qui en font un système complexe. On peut par exemple désigner ses différentes parties par autant de « sphères » imbriquées :

• la géosphère
• l'hydrosphère
• l'atmosphère

2.1. La géosphère

La géosphère représente la partie solide de la Terre, depuis le cœur jusqu’à la surface continentale ou le fond des océans. Le rayon de la géosphère approche les 6400 km. On y distingue, sur la base de leur composition, 3 enveloppes successives du centre vers la périphérie : 

• le noyau terrestre
• le manteau 
• la croûte, continentale ou océanique, dont l’épaisseur de quelques dizaines de kilomètres est finalement assez mince comparée à la taille du globe.

Source : Wikimedia Commons - Hawk-Eye, Licence : CC BY-SA 3.0

La température et la pression augmentent depuis la surface vers le cœur de la planète de telle sorte qu’à une profondeur de 100 km, les roches deviennent relativement plastiques. L’ensemble situé au-dessus de cette limite (qui correspond à la partie supérieure du manteau et à la croûte) acquiert ainsi une mobilité (la mobilité lithosphérique) qui se traduit par le glissement des plaques dites tectoniques à la surface du globe. La croûte continentale qui constitue la partie la plus superficielle (en raison d’une densité moindre liée à sa composition) se plisse et donne naissance à des chaînes de montagnes lors des collisions qui surviennent entre les différentes plaques.

Ces reliefs qui nous paraissent si imposants dans le paysage ne sont pourtant pas si élevés quand on les rapporte à l’échelle du globe. Entre les fosses océaniques les plus profondes (par exemple la fosse des Mariannes dans le Pacifique) et les plus hauts sommets de la chaîne himalayenne, on passe de 11 km au maximum sous le niveau de la mer à 8 km au-dessus de celui-ci. Si l’on ramène ces valeurs à une échelle humaine, par exemple celle d’un ballon de basket (presque 25 cm de diamètre et donc environ 51 millions de fois plus petit que la Terre !), les irrégularités de la surface seraient de l’ordre de -0,22 à +0,16 mm. La plupart des images qui montrent les reliefs à l’échelle terrestre sont habituellement très exagérées verticalement pour les rendre perceptibles.

2.2. L'hydrosphère

L’hydrosphère comprend à la fois l’eau continentale et l’océan.

L'océan, d’une profondeur moyenne de 4 km, rassemble 97% de l’eau présente à la surface du globe. Il suffit d’observer le globe terrestre pour constater qu’il constitue un ensemble continu au sein duquel les échanges sont nombreux. En conséquence, la salinité y est relativement homogène (en moyenne 35 g/L) et sur une coupe verticale, on distingue clairement une mince (500 m) couche de surface, chaude et mouvante et une couche plus épaisse (environ 3500 m), froide et plus dense. Les océanographes parlent donc d’un océan mondial, en distinguant ces deux couches majeures, plutôt que des 5 océans qu’on a coutume de distinguer d’un point de vue géographique.

L’eau continentale comprend les ruisseaux, les rivières et les fleuves ainsi que tous les lacs et zones humides qui émaillent leur parcours. Bien qu’il nous soit familier (et intensément utilisé par les activités humaines) ce premier ensemble ne représente qu’une infime partie des eaux continentales (0,3 %, voir figure ci-dessous). L’eau continentale englobe également les eaux souterraines que l’on connait moins car elles forment une masse invisible, bien qu’importante en quantité (presqu’un tiers des eaux douces) et pour l’alimentation des besoins de l’humanité. Enfin, l’eau stockée dans les glaciers et les calottes polaires qui représente plus des deux tiers de l’ensemble (voir figure ci-dessous) est également comptabilisée dans les eaux continentales sous le terme de cryosphère. Ce réservoir principal est celui dont l’avenir est le plus directement menacé par le réchauffement climatique.

Source : Lamiot - Travail personnel Licence CC BY-SA 4.0

2.3. L'atmosphère

L’atmosphère est située au-dessus des surfaces continentales et océaniques. On considère qu’elle se termine à environ 600 km au-dessus du sol. Elle cède peu à peu la place au vide interstellaire qui ne contient qu’une quantité infime de matière. Nous avons vu précédemment qu’au sein de la géosphère la température et la pression diminuent de la base au sommet. Il en va différemment dans l’atmosphère où des évolutions contrastées de la température permettent de caractériser plusieurs couches :

• La couche la plus basse, la troposphère, se refroidit de sa base vers son sommet. Elle a une épaisseur de 9 km aux pôles où elle est froide et dense, mais elle mesure 15 km à l’équateur où elle est plus chaude et plus dilatée. Cette couche contient à elle seule 75% de la matière totale de l’atmosphère. C’est dans cette couche que se situent principalement les nuages en mouvement et toutes les manifestations météorologiques.
• Au-dessus, une seconde couche, la stratosphère, contient 24% de la matière atmosphérique. Elle contient la couche d’ozone qui joue un rôle protecteur pour le vivant sur Terre en absorbant les rayonnements ultraviolets du soleil. Cette absorption est à l’origine de l’inversion de tendance dans l’évolution des températures qui augmentent de la base au sommet de cette couche.
• La plus haute couche, la thermosphère, représente la transition entre les basses couches de l’atmosphère et le vide interplanétaire. Elle ne contient qu’une infime quantité d’atomes isolés, mais ces atomes reçoivent une quantité d’énergie solaire telle qu’une nouvelle évolution à la hausse des températures s’observe de la base au sommet de cette dernière couche.

Source : Wikimedia Commons - asaphon Licence : CC BY-SA 3.0

L’atmosphère remplit un rôle essentiel dans le fonctionnement du système Terre. Elle est le siège de l’effet de serre qui permet de réguler les températures à la surface de notre planète (en son absence, les températures moyennes à la surface du globe seraient de -18°C) et elle nous protège des rayonnements nocifs du soleil. Sans cette protection et sans l’effet de serre, la Terre n’aurait sans doute jamais été propice au développement et au maintien de la vie sous la forme que nous lui connaissons aujourd’hui.

3. Idées d'activités

4. Ressources complémentaires

5. Credits

Cette leçon fait partie du Socle commun de connaissances et de compétences transversales sur l'anthropocène (S3C), produit par la Fondation UVED et soutenu par le Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche.

Elle est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons - 4.0 International : Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les Mêmes Conditions

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Première édition :  octobre 2023