Capteur Piézomètre. Référence PIEZ. Page 1 sur 8

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Irène Labelle
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2 Introduction Notre capteur piézomètre est composé d une cellule piézoélectrique, d un câble de 2 mètres et d une sortie composée de deux fiches bananes à reprise arrière. La cellule piézoélectrique possède la particularité de générer de petits courants électriques lorsqu elle est soumise à des vibrations. Ce courant pourra être mesuré et enregistré en connectant un voltmètre sur les fiches bananes du capteur. Afin de visualiser les ondes à l origine de ce courant électrique, il est possible de connecter ce capteur - soit à un système ExAO (interface, capteur voltmètre et logiciel ExAO) - soit à la carte son d un ordinateur en utilisant un adaptateur carte son/ piézomètre (référence ADPZ) et un logiciel d acquisition (ex. AUDACITY) Ainsi, il sera possible d enregistrer et de visualiser une onde provoquée par un choc. On peut ainsi réaliser de nombreuses expériences simulant le fonctionnement d un sismographe qui enregistre la propagation d une onde sismique à partir de l épicentre d un séisme. Manipulations réalisables Enregistrer la propagation des ondes sismiques et visualiser ces ondes sur l écran d ordinateur. Montrer la différence de vitesse de propagation en fonction de la nature de la roche traversée. Simuler un séisme. Détail des manipulations en fin de notice. Phénomènes mis en évidence Lorsqu un séisme se produit, des vibrations (ondes sismiques) se propagent à partir de l épicentre dans toutes les directions. Plus on est proche de l épicentre, plus l intensité des vibrations est importante. Il est possible d enregistrer ces vibrations avec un sismographe. La vitesse de propagation des ondes ainsi que le phénomène d atténuation est variable en fonction du type de roche traversée. Page 2 sur 8

Ce courant pourra être mesuré et enregistré en connectant un voltmètre sur les fiches bananes du capteur.

3 Connexion à un système ExAO Cellule piézoélectrique Voltmètre Interface ExAO Connecter l interface au port USB de l ordinateur Connecter le capteur voltmètre sur l interface Connecter les fiches bananes mâles du capteur voltmètre sur les fiches bananes femelles du capteur piézomètre. Note : Deux capteurs piézomètres peuvent être connectés en utilisant deux capteurs voltmètre. Le capteur piézomètre peut être fixé sur la surface à analyser avec de la pâte adhésive de fixation ou un élastique. Page 3 sur 8

femelles du capteur piézomètre. Note : Deux capteurs piézomètres peuvent être connectés en utilisant deux capteurs voltmètre.

4 Connexion à une carte son d un ordinateur Cellule piézoélectrique Adaptateur carte son/piézomètre Prise microphone Unité centrale de l ordinateur Connecter les fiches bananes mâles du capteur piézomètre sur les fiches bananes femelles de l adaptateur. Connecter l adaptateur sur la prise microphone de l ordinateur. Note : Deux capteurs piézomètres peuvent être connectés sur l adaptateur. Le capteur piézomètre peut être fixé sur la surface à analyser avec de la pâte adhésive de fixation ou un élastique. Si la carte son de votre ordinateur n est pas stéréo, il ne sera pas possible d utiliser 2 piézomètres simultanément. La solution est éventuellement d'acheter une carte son externe USB à rajouter sur le PC. Page 4 sur 8

Note : Deux capteurs piézomètres peuvent être connectés sur l adaptateur.

5 Utilisation du logiciel Audacity 1) Installer le logiciel à partir du cédérom fourni 2) Lancer le logiciel en double cliquant sur l icône 3) La fenêtre ci-dessous s ouvre : 4) Cliquer sur la touche enregistrer pour lancer la mesure. La fenêtre suivante s ouvre : Choc Pour zoomer sur ce choc, cliquer sur la loupe puis sélectionner le choc en l encadrant avec la souris Page 5 sur 8

touche enregistrer pour lancer la mesure.

6 Note : Il est possible d augmenter la fréquence de mesure (par défaut Hz) en sélectionnant la fréquence désirée dans la fenêtre en bas à gauche de l écran : Utilisation de deux piézomètres simultanément : Il suffit de connecter deux piézomètres sur l adaptateur. Le logiciel génère automatiquement deux pistes audios : Note : En fonction de la version du logiciel, le mode stéréo n est pas forcément appliqué par défaut. Il peut être nécessaire de le sélectionner afin d afficher les deux pistes : Page 6 sur 8

7 Cliquer sur Edition/préférence puis sélectionner 2 canaux stéréos : Page 7 sur 8

8 Idées de manipulation 1) Enregistrement de la propagation d une onde sur une barre de roche (ou autre matière) : Fixer un capteur piézomètre à l extrémité d une barre de roche à l aide d un élastique ou de pâte adhésive. Connecter le piézomètre à la carte son de l ordinateur (ou à un système ExAO) Lancer le logiciel puis démarrer les mesures. Frapper avec un marteau à l autre extrémité de la barre de roche. Arrêter les mesures. Visualiser l onde enregistrée à l aide de la fonction zoom du logiciel. 2) Mise en évidence de la différence de vitesse de propagation d une onde en fonction de la matière : Fixer un capteur piézomètre à chaque extrémité d une barre de roche (granite, marbre, calcaire) à l aide d un élastique ou de pâte adhésive. Connecter les piézomètres à la carte son de l ordinateur (ou à un système ExAO) Lancer le logiciel puis démarrer les mesures. Frapper avec un marteau à une extrémité de la barre de roche. Arrêter les mesures. Visualiser les ondes enregistrées à l aide des fonctions zoom du logiciel. Mesurer le temps entre le début de l onde sur la piste 1 (correspondant au piézomètre le plus proche du choc) et le début de l onde sur la piste 2. Faire de même avec d autres matières et comparer les différences de vitesses de propagation. Note : il est possible d utiliser d autres matières (bois, plastique, métal ) 3) Simulation d un séisme : L idée est de construire un dispositif cassant simulant la lithosphère (plaque de polystyrène, plâtre ou bois). En exerçant progressivement une pression à l aide d un serre-joint sur ce dispositif jusqu à obtenir une rupture, on va simuler un séisme et enregistrer à l aide d un capteur piézomètre fixé sur la plaque les ondes qui se propagent à partir de la faille. Dispositif : Capteur piézomètre Faire pression ici Plaques de polystyrène (ou autre matière) Planche en bois Deux calles en bois fixées sur la planche Page 8 sur 8