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Qu’est-ce que l’isostasie?

LEE Boon-ying

Qu’est-ce que l’isostasie?

Des modèles d’isostasie ont été proposés il y a plus d’un siècle pour expliquer des mesures de gravité inhabituelles (qu’est-ce que la gravité ? comment est-elle mesurée ?) effectuées dans diverses parties de la Terre. Le concept d’isostasie est que les montagnes sont compensées par des masses de plus faible densité sous les montagnes, tandis que les océans sont compensés par des masses de plus forte densité sous l’eau.

Vu sous cet angle, l’isostasie repose simplement sur le principe d’Archimède — un objet immergé subit une force de flottaison égale au poids du fluide déplacé.

Qu’est-ce que les mesures de gravité inhabituelles ?

Les mesures de gravité inhabituelles mentionnées ci-dessus sont normalement appelées  » anomalies de gravité « . En termes simples, il s’agit de la différence entre une mesure de gravité (corrigée pour divers facteurs) et la valeur théorique.

La figure 1 montre des tracés de l’anomalie de gravité respectivement sur la dorsale médio-atlantique, les Alpes européennes et les marges continentales du sud-est de l’Australie. De manière frappante, ces tracés indiquent qu’au-dessus des océans, l’anomalie est fortement positive, augmentant en magnitude avec la profondeur, tandis qu’au-dessus des terrains très élevés, elle devient nettement négative.

Quels sont les modèles d’isostasie ?

Il existe plusieurs modèles basés sur différentes hypothèses concernant la compensation mentionnée sous la première question ci-dessus. Les deux modèles les plus couramment mentionnés sont :-

1. Le modèle d’Airy – la croûte est d’épaisseur variable mais de densité constante et est plus épaisse sous les terrains élevés que sous les dépressions telles que les océans. La profondeur des  » racines  » sous-jacentes est liée à la hauteur de la topographie sus-jacente.
2. Modèle de Pratt – la croûte est de densité variable mais sa base est à une profondeur constante sous le niveau de la mer. La hauteur topographique est liée à la densité de la croûte à ce point.

La figure 2 présente des diagrammes schématiques pour les deux modèles.

Bien que les deux modèles soient basés sur des hypothèses pas trop réalistes, ils décrivent étonnamment bien la gravité observée sur des régions au relief variable, ce qui indique que le concept d’isostasie obéit à une grande partie du monde.

L’Himalaya est-il en équilibre isostatique ?

Non. L’isostasie ne peut expliquer qu’une partie de la montée de l’Himalaya. Les scientifiques sont encore en train d’y réfléchir. Certains proposent que l’Himalaya soit constamment poussé vers des hauteurs toujours plus grandes par le mouvement vers le nord de la plaque indienne (voir ici).

Quels sont les effets isostatiques de la sédimentation et de l’érosion ?

Lorsque la sédimentation se produit, le poids des sédiments peut provoquer l’enfoncement de la croûte située en dessous. De même, là où il y a érosion, la croûte peut rebondir.

De même, lorsque les calottes glaciaires se forment, la croûte peut s’enfoncer. À l’inverse, lorsqu’elles fondent, la croûte peut rebondir, comme ce qui se passe autour de la mer Baltique et de la région de la baie d’Hudson au Canada. Plus précisément, la Scandinavie et l’Écosse étaient sous plus de 300 mètres de glace pendant les périodes glaciaires, et le soulèvement est le plus rapide dans le nord de la Baltique où il se poursuit à un rythme d’environ un mètre par siècle, soit environ un centimètre par an. Comme une balançoire, avec moins de charge de glace de l’autre côté de la masse continentale, le sud de la Baltique et le sud de l’Angleterre s’enfoncent maintenant.

Qu’est-ce que la gravité ?

Les objets s’attirent, par exemple l’attraction entre le Soleil et la Terre, et celle entre la Terre et un objet à la surface de la Terre. A la surface de la Terre, il existe une autre force, la force centrifuge, qui provient de la rotation diurne de la Terre. La gravité est l’effet combiné de l’attraction (que nous appelons gravitation) et des forces centrifuges.

Beaucoup d’entre nous savent que l’accélération due à la gravité de la Terre, g, est d’environ 9,8 m/s2. Elle varie en fonction de la latitude et de l’altitude. Par exemple, la force centrifuge mentionnée ci-dessus est maximale à l’équateur, elle agit dans la direction opposée et représente environ 1/3 % de l’attraction gravitationnelle. De même, g varie avec l’altitude à un taux d’environ 3,1 x 10-6/s2.

La gravité varie également d’un endroit à l’autre de la surface de la Terre, reflétant la répartition inégale de la masse dans la croûte terrestre et le manteau. Il existe également de petites variations à court terme dues à l’attraction changeante du Soleil et de la Lune.

Comment mesure-t-on la gravité ?

La gravité peut être mesurée avec un pendule puisque la période d’un pendule ne dépend que de sa longueur et de la gravité. La gravité est donc la mesure d’un intervalle de temps et d’une longueur — la période du pendule et sa longueur effective. Il existe d’autres méthodes moins courantes, par exemple en chronométrant un objet en chute libre.

Ce qui précède concerne la mesure absolue de la gravité. La gravité peut également être mesurée de manière relative à l’aide de gravimètres, dans lesquels un poids est suspendu à un ressort enroulé dont la longueur change proportionnellement à un changement de gravité. Bien qu’ils ne mesurent que les changements de gravité, les gravimètres sont plus sensibles aux petits changements et sont plus simples et plus rapides à utiliser. Pour cette raison, la plupart des mesures de la gravité sont effectuées à l’aide de gravimètres qui mesurent la gravité par rapport à une station de base où la gravité absolue a été mesurée. Par rapport aux appareils à pendule, les gravimètres sont 3 ou 4 ordres de grandeur plus précis.

La gravité est maintenant mesurée de façon routinière à bord des satellites artificiels. Simplement, lorsqu’un satellite passe au-dessus d’une anomalie de gravité, il est accéléré/décéléré sur son orbite. Si l’anomalie elle-même peut être relativement faible, l’accélération/décélération cumulée du satellite lors des passages successifs devient mesurable.