observations directes : forages,carottages (faille VEMA), ophiolites (Oman, Chenaillet) , basaltes à enclave de péridotite (morceau de manteau inclus dans la croûte)
la sismique réflexion, méthode indirecte d’approche des couches du sous-sol : https://www.youtube.com/watch?v=qcFp88S8V4A
la cellule à enclume de diamant, technique de laboratoire indirecte de connaissance des états de la matière dans le noyau et manteau par reconstitution de conditions de pression et température inaccessibles aux humains car trop profondes :
http://philippe.cosentino.free.fr/productions/enclumes/
l’apport des météorites : https://www.youtube.com/watch?v=qbW0mOgMKBc
tomographie sismique et modèle thermo-sismique PREM (1981) : https://www.youtube.com/watch?v=m8l3wqKZpIo
la loi de Birch (1961) obtenue en laboratoire avec différents matériaux reliant la pression à la densité des roches dans le premier cas, et la vitesse de certaines ondes sismiques à la densité et la composition chimique grossière d’une roche dans le second cas.
La vitesse d’une onde P est reliée linéairement à la masse volumique du milieu qu’elle traverse. Ainsi, Birch a reporté cette vitesse en fonction de la masse volumique de divers éléments chimiques.
Si l’on inclut dans ce graphique les vitesses des ondes P dans le noyau et le manteau, il apparaît clairement que le manteau est probablement constitué d’éléments légers (Si, Mg, O) et le noyau d’éléments lourds. L’élément lourd qui se rapproche le plus dans le diagramme de ce que l’on observe pour le noyau est le fer ou un élément de masse atomique voisine… On constate également que le fer pur n’explique pas parfaitement les données. Il faut donc y ajouter un faible pourcentage d’éléments légers.
En 1961, Birch montre que Vp=a.r+b(M) où M est le masse atomique moyen. Cela signifie que la vitesse de propagation d’une onde est la même pour un atome ou pour une molécule qui pèse M (par exemple, pour MgSiO4, M=20.13)
En 1963, Birch réalise une séquence de droites Vp en fonction de la masse volumique pour différents métaux, selon leur nombre atomique (c’est ce nombre qui est écrit à côté des éléments sur le diagramme ci-contre). La pente et l’origine de ces droites dépendent de M.
