Notre connaissance de la structure interne de notre planète est venue par étapes. Grâce à Newton et à sa loi de la gravitation universelle, on peut estimer la masse de la Terre à partir de la force gravitationnelle que la Terre exerce sur les corps à sa surface. Ceci nous renseigne sur le fait que la densité de la partie interne de la Terre est beaucoup plus élevée que la densité que nous observons à la surface.
Les séismes génèrent plusieurs types d’ondes, dont des ondes de pression (ondes P) et des ondes de cisaillement (ondes S). Les ondes de pression se propagent aussi bien dans les milieux solides que dans les milieux liquides, alors que les ondes de cisaillement sont arrêtées par les milieux liquides.
Au tout début du 20e siècle, Richard Dison Oldham en a déduit que la Terre avait un intérieur liquide sous le manteau terrestre. L’intérieur de la Terre est formé du manteau jusqu’à une profondeur d’environ 2 890 km et du noyau. En 1912, le simsologue Beno Gutenberg a découvert la frontière entre la croute et le manteau. Cette découvert est due à son observation d'une Discontinuité dans la vitesse de propagation des ondes simsiques et porte aujourd'hui son nom. C’est en 1936 qu’Inge Lehmann a découvert par observation de la Discontinuité de Lehmann que le noyau interne est solide
Si les ondes sismiques ont une vitesse constante, alors elles se propagent en ligne droite comme sur la figure ci-dessous. Le temps de parcours des ondes sismiques est alors proportionnel à la distance parcourue.
Au moment où Inge Lehmann a commencé ses travaux, il était connu que le manteau terrestre, d’une épaisseur d’environ 2 890 km entourait un noyau. Pour expliquer la découverte d’Inge Lehmann, nous allons utiliser un modéle identique à celui présenté dans l'un de ses articles. Nous allons donc négliger la mince croûte terrestre. Que se passe-t-il donc quand les ondes pénètrent dans le noyau ? Elles sont réfractées
Voici donc la trajectoire des rayons. Que remarque-t-on? Qu'il ya deux arcs dans lesquels on ne détecte aucune onde simsique !
C’était le modèle connu de la Terre, et pourtant Inge Lehmann remarqua qu’on avait détecté des ondes sismiques dans la zone d'ombre… Le modèle n’était donc pas bon. Regardons donc le modèle proposé par Inge Lehmann pour expliquer les observations.
Dans ce modèle, elle a divisé le noyau en deux parties : un noyau externe comme ci-dessus,
et un noyau interne dans lequel les ondes se propagent plus rapidement que dans le noyau externe, et dont le rayon est d'environ 2/9 de celui de la Terre.
Pour connaître la trajectoire des ondes, il faut donc utiliser l’équation de la loi de réfraction de la lumière:
Mais que se passe-t-il si est assez proche de 1, c’est-à-dire si l’onde arrive presque tangentiellement sur le noyau interne? Le côté droit de l’équation peut dépasser 1 ! Il ne peut donc être égal à sin Cela signifie que l’onde ne peut pénétrer dans le noyau interne… Que se passe- t-il alors? L’onde est réfléchie sur le noyau interne en suivant la loi de la réflexion, c’est à dire avec l’angle d’incidence égal à l’angle de réflexion
Voici donc comment se propagent les ondes sismiques dans le modèle d’Inge Lehmann. Les rayons noirs sont réfractés dans le noyau extérieur et réfléchis sur le noyau intérieur
Nous pouvons donc avoir la structure entière de la Terre :
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