Les propriétés des ondes sismiques - Maxicours

Les propriétés des ondes sismiques

Objectifs
  • Savoir définir un séisme.
  • Connaitre les différents types d'ondes sismiques et savoir les caractériser.
Points clés
  • Un séisme libère de l'énergie, transmise sous forme d'ondes sismiques qui se propagent dans toutes les directions.
  • Il existe trois formes d'ondes sismiques :
    • Les ondes P (ondes de compression) qui provoquent un changement de volume avec des mouvements avant-arrière. Ce sont les plus rapides, elles se propagent dans les solides, les liquides et les gaz.
    • Les ondes S (ondes de cisaillement) qui provoquent un changement de forme avec des mouvements perpendiculaires. Elles sont moins rapides que les ondes P et ne se propagent que dans les solides.
    • Les ondes L (ondes de surface) qui se propagent à la surface du globe et dans la croûte. Ce sont elles qui provoquent les dégâts liés aux séismes. Elles sont les moins rapides mais ont la plus grande amplitude.
  • Les ondes P et S peuvent être réfléchies et réfractées par les discontinuités dans la Terre. Les ondes S sont stoppées à la limite entre le noyau et le manteau, ce qui indique que le noyau externe est liquide.
1. Qu'est ce qu'un séisme ?
Un séisme correspond à la rupture de roches soumises à des tensions. Il se produit un déplacement brutal de deux compartiments rigides dans le sous-sol terrestre.

Les séismes libèrent de l'énergie stockée dans les roches avec le temps. Cette énergie est transmise à partir du foyer (zone de libération de l'énergie provoquant le tremblement) sous la forme d'ondes (ou vibrations) qui se propagent dans toutes les directions : les ondes sismiques.
Ces trains d’ondes se propagent à partir du foyer à des vitesses variables selon les propriétés des milieux traversés. On enregistre ces vibrations à la surface du globe grâce à des sismographes, d’abord à l’épicentre (point à la surface du globe à l’aplomb du foyer du séisme) puis partout sur le globe.

On obtient des sismogrammes comme ci-dessous :

 

Doc. 1 : Enregistrement d'une onde sismique : un sismogramme
2. Les différentes ondes sismiques

Il existe deux grands domaines de propagation des ondes :

  • les ondes de fond qui se propagent à l'intérieur de la Terre et peuvent être enregistrées en plusieurs points du globe.
    On distinguera 2 grands types : les ondes de cisaillement, ou ondes S, et les ondes de compression, ou ondes P ;
  • les ondes de surface (ondes L) qui se propagent à la surface du globe et dans la croûte terrestre ; elles provoquent tous les dégâts liés aux tremblements de terre.

Doc. 2 : Les différentes ondes sismiques
a. Ondes P : ondes de compression (onde Primaires)

Elles déforment les roches par changement de volume et consistent en des vibrations qui alternent compression et décompression. Elles se déplacent donc en créant des zones de dilatation (zones de décompression) et des zones de compression. Les particules se déplacent alors selon un mouvement avant-arrière dans la direction de la propagation de l'onde (elles ont un mouvement parallèle à la direction de l'onde).

Ce sont les ondes les plus rapides (6 km/s en moyenne) ; elles se propagent dans les solides, les fluides, les gaz, et même l'atmosphère. Elles sont par conséquent les premières à être enregistrées par un sismographe après un tremblement de terre, d'où leur appellation également d'ondes primaires.

b. Ondes S : ondes de cisaillement (ondes Secondes)

Elles déforment les roches par changement de forme. Ce sont des ondes transversales qui ne sont transmises que par les solides (car les gaz et les liquides n'ont pas l'élasticité pour reprendre leur forme originelle) : elles consistent en des mouvements perpendiculaires à la direction de propagation des ondes.

La vitesse de propagation des ondes S dans la croûte terrestre est d'environ 3,5 km/s : elles sont donc enregistrées après les ondes P (d'où leur appellation d'ondes secondaires).

c. Ondes L : ondes de surface

Ce sont les plus dévastatrices. Elles se propagent à la surface du globe et dans la croûte et provoquent tous les dégâts liés aux tremblements de terre.

Elles sont moins rapides que les ondes P et les ondes S, mais sont de plus grande amplitude. Les ondes de surface sont analogues aux vagues de l'océan. Ce sont les dernières ondes à être détectées par un sismographe.

3. Propriétés des ondes P et S

Les ondes sismiques de fond se comportent comme des ondes de lumière et de son : elles peuvent être transmises et aussi réfléchies et réfractées.

Les ondes sont réfléchies par des discontinuités dans la Terre, tandis que la réfraction implique un changement de vitesse d'une onde et de sa direction. Si la Terre possédait une composition homogène et si la densité augmentait de façon progressive avec la profondeur, alors les ondes auraient une trajectoire courbe et une vitesse croissante (la vitesse de propagation des ondes est proportionnelle à la densité du matériel dans lequel elles se propagent) ; alors qu'en fait, elles sont réfléchies et réfractées par des zones de changement brusque de densité, comme la limite entre le manteau et le noyau.

Ainsi, l'augmentation progressive de la vitesse des ondes P et S dans le manteau indique une hausse de la densité du matériel à mesure qu'on s'enfonce vers le centre de la Terre, mais la propagation des ondes S stoppe brusquement à la limite entre le noyau et le manteau : cela indique que le noyau externe est liquide.


C’est donc l’analyse des sismogrammes qui a permis de mettre en évidence les différentes discontinuités de la structure interne du globe et la présence d’éléments liquides dans le noyau externe.
L’étude de la répartition des séismes permet également de mettre en évidence les mouvements des plaques, surtout au niveau des zones de subduction (le profil sismique de ces zones sera caractéristique).

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