Terre

Un astre vivant

Planète Terre
Diamètre équatorial : 12 756,28 km
Masse : 5,974 × 1024 kg (1,000 × Terre, par définition)
Densité moyenne : 5,515 × eau
Vitesse de libération à l'équateur : 11,2 km·s−1
Température : 223 K à 323 K (−50 °C à +50 °C)
Inclinaison de l'équateur sur le plan orbital : 23,45°
Période de rotation sidérale : 23,934 5 heures
Période de révolution sidérale : 365,256 jours
Excentricité de l'orbite : 0,016 7
½ grand-axe de l'orbite : 1,000 UA (par définition)
Inclinaison sur l'écliptique : 0,000° (par définition)
Vitesse moyenne sur orbite : 29,79 km·s−1
Albédo : 0,35
Nombre de satellites : 1

Minuscule fragment de matière flottant autour d'une étoile banale, la planète Terre est pourtant la plus massive des planètes telluriques. Sa dimension est connue depuis l'Antiquité avec une relative précision. Ératosthène, vers 200 av. J.-C., en avait estimé la circonférence à 39 375 km, pour une valeur communément admise aujourd'hui de 40 075,02 km pour le diamètre équatorial.
La technique actuelle permet de la mesurer au mètre près : elle présente un renflement de son diamètre équatorial de 43 km, dû à sa rotation, soit un écart légèrement supérieur à 0,3 %.
Géologiquement très active, sa surface est sans cesse remodelée par la tectonique des plaques, le volcanisme et continuellement érodée par le cycle de l'eau, les vents et les poussières qu'ils transportent. Son sol, présentant des terrains de tous les âges, est l'un des plus jeunes du Système solaire. Astronomiquement (et géologiquement) parlant, la surface d'un astre est qualifiée de « jeune » lorsqu'elle ne présente que très peu de cratères d'impact, ces marques « primitives » ayant été effacées par le remodelage du sol. À l'inverse, les formations plus anciennes ont très peu changées au cours des temps géologiques, comme celles de la Lune par exemple.
Les planchers océaniques, recyclés en permanence, se forment continuellement à raison de quelques centimètres par an. Les plus anciens ont 200 millions d'années, ce qui est vraiment peu comparé aux 3,8 milliards d'années des plus vieilles roches continentales.

Un écrin fragile

L'atmosphère terrestre est essentiellement composée d'azote et d'oxygène. Étrangement, les deux gaz les plus abondants dans l'Univers (comme dans les planètes gazeuses), l'hydrogène et l'hélium, en sont absents. Les trois quarts de sa masse se situent sous une altitude de 10 km, elle englobe donc notre planète d'une fine couche… qui fait pourtant toute la différence !
Les atmosphères de Vénus et Mars, les deux planètes aux caractéristiques les plus proches de celles de la Terre, contiennent respectivement 96 et 95 % de gaz carbonique alors que le CO2 est réduit à l'état de trace dans l'atmosphère terrestre. Cette quasi absence de CO2 est étroitement reliée aux océans et aux plantes, ce gaz ayant tendance à se dissoudre dans l'eau et se combiner avec le calcium pour former du calcaire (CaCO3). Le métabolisme des plantes quant à lui utilise le gaz carbonique dans le processus de la photosynthèse en prélevant l'atome de carbone de la molécule de CO2, les deux atomes d'oxygène étant restitués dans l'atmosphère.
Originellement plus importante et dominée par le CO2, l'atmosphère actuelle est le résultat d'une lente transformation graduelle.

Atmosphère terrestre
La fine atmosphère terrestre vue depuis l'espace

La structure de l'atmosphère

Structure de l'atmosphère
Structure verticale de l'atmosphère terrestre

Lors d'une élévation en altitude, la pression et la température diminuent. La pression permet de quantifier l'importance d'une atmosphère. Son unité de mesure est le barBar : le bar (symbole bar) est une unité de mesure de la pression équivalent à 105 pascals.
Glossaire
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La température perd graduellement 1 °C par 150 m d'élévation, à 10 km d'altitude — c'est la hauteur de croisière des avions de ligne — la température moyenne est de −50 °C. Cette couche inférieure de l'atmosphère terrestre est appelée troposphère, elle est le siège de la formation des nuages et des perturbations reçues au sol. La densité de l'atmosphère diminuant environ de moitié par tranche de 5,5 km d'élévation, au niveau supérieur de la troposphère, elle ne vaut déjà plus que le quart de celle se trouvant au niveau de la mer.

La couche suivante, se situant entre 10 et 70 km d'altitude, est la stratosphère. Elle doit son nom au fait que l'air s'y déplace en couches horizontales (strates) et non par remous comme dans la troposphère. La température y remonte en raison de l'absorption des photons ultraviolets par la couche d'ozone.
La molécule d'ozone est une forme d'oxygène, mais composée de trois atomes d'oxygène (O3) au lieu de deux. Si tout l'ozone de notre atmosphère était concentré en une « couche pure » équivalente, il tiendrait dans une épaisseur de seulement 3 mm ! La couche d'ozone est diluée dans la haute atmosphère, son « épaisseur » varie en fonction de la latitude terrestre — elle augmente vers les pôles — et devient maximale au printemps. Le rayonnement UV le plus énergétique (longueur d'onde inférieure à 300 nm) est absorbé à 99,9 % par la couche d'ozone.
Au delà de 70 km d'altitude, l'atmosphère terrestre devient très ténue. Le rayonnement X du Soleil ionise les molécules d'oxygène et d'azote, ce qui explique une remontée des températures, on parle d'ionosphère.

Composition de l'atmosphère terrestre
Composant Formule Masse (%)
Diazote N2 78,1
Dioxygène O2 21,0
Argon Ar 0,93
Gaz carbonique CO2 0,037
Néon Ne 0,002
Vapeur d'eau H2O (variable) < 4

Le champ magnétique

La Terre se comporte comme un gigantesque aimant : un dipôle magnétique dont l'orientation ne se superpose pas sur l'axe de rotation. Le pôle Nord magnétique, éloigné de 1 900 km du pôle Nord géographique, est situé dans l'archipel arctique canadien ; le pôle Sud magnétique se trouve au large de la terre Adélie, il est distant de 2 600 km du pôle Sud géographique. L'axe des pôles magnétiques ne passe donc pas par le centre de la Terre et sa position dévie d'environ 10 km par an.
Entre 1947 et 2005, le point de convergence des lignes de forces du champ magnétique terrestre de l'hémisphère Nord s'est déplacé de 1 028 km. Plusieurs inversions nord-sud du pôle magnétique se sont produites au cours des deux derniers millions d'années. L'accélération du déplacement, 40 km par an depuis deux décennies, et l'affaiblissement du champ magnétique sont des indices d'une possible nouvelle inversion.
Le champ magnétique est produit et entretenu par « effet dynamo », un courant électrique induit par des mouvements de convection au sein du fer et du nickel en fusion dans le noyau liquide terrestre. Son influence se fait ressentir dans l'espace jusqu'à plusieurs rayons terrestres, c'est la magnétosphère. Véritable bouclier pour la protection de la vie sur Terre, elle piège les particules chargées du vent solaire dans deux anneaux entourant l'équateur magnétique : les ceintures de van AllenCeintures de van Allen : champ magnétique terrestre généré par le noyau externe, fluide et riche en fer, fonctionnant comme une dynamo en raison de sa rotation.
Glossaire
et les dévie vers les pôles magnétiques où elles produisent de magnifiques aurores polairesAurore polaire : émission de lumière par la haute atmosphère dans les zones proches d'un cercle polaire par l'excitation de particules chargées électriquement provenant du Soleil.
Glossaire
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La dérive des continents

Il suffit de regarder le contour des continents pour s'apercevoir que leurs côtes ont des formes qui peuvent s'assembler entre-elles. Au XIXe siècle, il est mis en évidence qu'elles présentaient une même composition rocheuse à des milliers de kilomètres de distance. Puis vint la découverte de faunes et de flores — voire de fossiles — similaires sur des régions à présent séparées par de vastes océans. En 1912, le géophysicien allemand Alfred Wegener (1880 - 1930) supposa que ce découpage n'était pas le fruit du hasard, mais le résultat du fractionnement d'un continent unique qu'il baptisa Pangée.
Cette audacieuse hypothèse de la dérive des continents ne sera confirmée qu'en 1960 après la mise en évidence de la lente expansion de la dorsale médio-atlantique, entre l'Europe et l'Amérique, une zone d'opposition des plaques où de la nouvelle croûte se forme continuellement. Ces plaques se déplacent sous l'effet de convection du magma qui remonte en les écartant et renouvelant le fond marin.
Une plaque peut rentrer en collision avec une autre animée d'un mouvement contraire. L'une des plaques est alors soumise à un enfoncement (subduction), et fond sous l'effet de la chaleur, bouclant ainsi un cycle. Les plateaux continentaux, constitués de roches plus légères, restent en surface, et sont donc composés de matériaux bien plus anciens que les fonds océaniques.

Strates plissées
Strates plissées (Sultanat d’Oman), elles se sont formées à l'horizontale sur un fond marin avant d'être comprimées par le mouvement des plaques tectoniques.

Crédits photographiques : Plissements rocheux : André Laurenti (CC BY-NC-SA 2.0 FR), autres : NASA