TD 3 Sismologie. Hélène Pilorgé

Transcription

1 TD 3 Sismologie Hélène Pilorgé helene.pilorge@ens-lyon.fr

2 Définition d un séisme C est un mouvement bref de l écorce terrestre dû à l arrivée d ondes élastiques. Il résulte d un ébranlement qui se produit à l intérieur du globe terrestre. L épicentre est le point en surface à la verticale du foyer. Un séisme donne lieu à 4 types d ondes : P, S, L et R.

3 Les failles L une des causes principales à l origine d un séisme est une faille dans la croute. Plusieurs types de failles : - Failles obliques : - Normale : Lors d un dilatation. - Inverse : Lors d une compression. - Failles décrochantes : déplacement horizontal - Dextre : Le bloc supérieur part à droite. - Senestre : Le bloc supérieur part à gauche.

4 Partie 1: La propagation des ondes sismiques

5 Définition d une onde (mécanique progressive) Une onde mécanique progressive est le phénomène de propagation de proche en proche d une pertubation locale dans un milieu matériel, sans transport de matière. 1) Il faut un support matériel! 2) Chaque point qui a été déplacé revient à sa place initiale. 3) La pertubation reste identique tout au long du trajet.

6 Définition d une onde (mécanique progressive) Pour chaque onde on définit: - la direction de la pertubation (déplacement des points); - la direction de propagation (déplacement de l onde).

7 Types d ondes sismiques Ondes de volume: Se propagent à l intérieur du globe. Ondes P Ondes de compression/dilatation Direction déplacement // direction propagation. Ondes S Ondes de cisaillement Direction déplacement direction propagation. Ne se propagent pas en milieu liquide. T

8 Types d ondes sismiques Ondes de surface: Se propagent à la surface du globe. Ondes de Love Ebranlement horizontal (fort impact sur les bâtiments) Augustus Edward Hough Love Ondes de Rayleigh Mouvement semblable à celui d une vague. John William Strutt Rayleigh

9 Question 1.1 Temps d arrivée d une onde de volume et d une onde de surface dans une Terre homogène. La distance épicentrale est l angle thêta (θ) entre la localité où a eu lieu le séisme et la station de mesure. Son sommet principal est au centre de la Terre.

10 Question 1.1 Temps d arrivée d une onde de volume et d une onde de surface dans une Terre homogène. Onde de surface: l = θ R Et donc t surf = I v = θ R v

11 Question1 d/2 /2 Onde de volume: Triangle isocèle: on le découpe en 2 triangles rectangles.

12 Question1 d/2 /2 Onde de volume: Triangle isocèle: on le découpe en 2 triangles rectangles. On a d 2 = R sin θ 2 D où d = 2 R sin θ 2 Le temps d arrivée des ondes de volume est donc : t vol = d v = 2 R v sin θ 2

13 Enregistrement des ondes sismiques Instrument utilisé: sismographe. Séisme: déplacement du bâti (la masse et le stylet restent en place). Résultat: le sismogramme. Ligne dessinée par le stylet. Plusieurs trains d ondes successifs sont enregistrés: - ondes P (premières) - ondes S (secondes) - ondes de surface. En théorie l amplitude augmente au fur et à mesure.

14 Construction d une hodochrone Construire une hodochrone c est : - Juxtaposer les sismogrammes de différentes stations, dans l ordre de leur éloignement par rapport au séisme. - Trouver les débuts des trains d ondes et les relier.

15 Hodochrone résultat Question 2.2: Quels types de courbes observe-t-on? Comment les expliquer avec les calculs de la Question 1.1?

16 Courbes issues des équations (question 1.1) Temps d arrivée d une onde de volume et d une onde de surface dans une Terre homogène. En utilisant les formules de la question 1: T t 2 = R V t 1 = 2R V sin 2 avec en radian Onde de surface - Les ondes de surface sont représentées par des droites sur l hodochrone. - Les ondes de volume sont représentées par des courbes sur l hodochrone. Onde de volume

17 Bilan hodochrones

18 Question 1.3 Vitesse des ondes P, des ondes S et des ondes de surface.

19 Question 1.3 Vitesse des ondes P, des ondes S et des ondes de surface. Vitesse des ondes P : V = 2 R sin θ 2 / T V = sin 60 / (10 60) 2 V = 10,6 km/s Vitesse des ondes S : V = sin 45 2 V = 5,8 km/s / (14 60) Vitesse des ondes de surface : V = 108 π 180 V = θ R / T 6400 / (50 60) = 4,0 km/s

20 Question 1.4 Profondeur de la limite noyau-manteau?

21 Question 1.4 Profondeur de la limite noyau-manteau :

22 Question 1.4 Profondeur de la limite noyau-manteau : X = R R N Avec R N = R cos 2

23 Question 1.4 Profondeur de la limite noyau-manteau : X = R R N = R R cos θ 2 = R (1 cos θ 2 ) X = R (1 - cos θ 2 ) X = 6400 (1 - cos(115/2)) X = 2961 km

24 Question 1.4 K(Kern=noyau) PKP: onde P qui a traversé le noyau externe

25 Partie 2: Mécanismes au foyer

26 Localisation de l épicentre Comment peut-on localiser l épicentre d un séisme? Où est l épicentre de ce séisme?

27 Localisation de l épicentre Il est possible de localiser un épicentre grâce au temps d arrivée des ondes sur les sismogrammes.

28 Cas d une faille décrochante Exemple: Faille dextre coincée entre deux bordures rigides. Explication avec les mains : Imaginez un tissu, coupé en 2 au niveau de la faille. A gauche, on le pousse vers le Nord, il va se froisser (apparition plis/monticules). Plus au sud, en supposant qu il est attaché à la bordure S, il va se déchirer, du fait de l étirement. A droite on a bien évidemment le résultat inverse.

29 Cas d une faille décrochante On peut donc diviser les alentours de la faille en quatre parties : - 2 zones en compression (convention: noir) - 2 zones en dilatation (convention: blanc)

30 Failles normales ou inverses Faille normale : extension au centre, compression sur les bords. Faille inverse: compression au centre, extension sur les bords.

31 Enregistrement des ondes sismiques Sur un sismogramme, deux types de mouvements initiaux sont possibles: La courbe monte compression = rapprochement d un point par rapport au foyer La courbe descend dilatation = éloignement d un point par rapport au foyer

32 Mécanismes au foyer On a déjà localisé l épicentre. A partir des zones en compression et en dilatation, on peut maintenant tracer les différents quadrants. Quels sont les mécanismes au foyer possibles?

33 Mécanismes au foyer Repérage des zones en dilatation cercles blancs sur la carte

34 Mécanismes au foyer Repérage des zones en dilatation cercles blancs sur la carte Traçage des cadrants?

35 Mécanismes au foyer Repérage des zones en dilatation cercles blancs sur la carte Traçage des cadrants Observations de terrain: ligne rouge = plan de faille (orientation NW-SE)

36 Semaine prochaine contrôle continu Le 10 mars 2015, 14h-16h, salle 82 Contrôle continu savoir refaire les exercices des 3 TD (chronologie, planétologie et sismologie) durée 1h matériel: calculatrice Correction en classe: 30 min

37 A la semaine prochaine!