Exercice 1. Les ondes sismiques

Lors d'un séisme ou tremblement de Terre, les ondes engendrées se propagent dans toutes les directions de l'espace à l'intérieur de la Terre. Comme un rayon lumineux pour l'onde optique, on associe un rai sismique aux ondes sismiques: les ondes se propagent à l'intérieur de la Terre suivant des lois analogues à celles de l'optique géométrique (lois de Snell-Descartes). Les ondes sismiques sont des ondes élastiques.

Question 1 Quelle est l'origine d'un tremblement de Terre ? (Aidez-vous de la figure 1.1 pour obtenir différentes informations)

Figure 1.1: Survolez la figure pour obtenir des informations.

Question 2 Le séisme de plus grande magnitude (9.5 sur l'échelle de Richter) connu de ce siècle est celui du Chili en 1960, la zone de rupture de la faille a atteint plus de 1000 km. Quels sont les paramètres qui entrent en jeu lors de la formation ou le rejeu d'une faille ?

Question 3 Lorsque la rupture ou le déplacement d'une faille se produit, seulement 20 à 30 % de l'énergie libérée est propagée au loin sous forme d'ondes élastiques. D'après vous, sous quelle forme se dissipent les 70-80% de l'énergie restante ? Pourquoi ?

Il existe fondamentalement deux types d'ondes : les ondes de volume et les ondes de surface (Ondes de Rayleigh et ondes de Love). Parmi les ondes de volume on distingue :  

(1)    les ondes P ou « premières », ce sont les plus rapides. Elles se propagent dans tous les milieux. Il s'agit d'ondes de compression, le déplacement des particules est parallèle à la direction de propagation de l'onde. Elles sont dites longitudinales.

où K et m s'expriment en Pascal (Pa) et sont de l'ordre du GPa. K est le module d'incompressibilité: plus il est élevé plus il est difficile de diminuer le volume du matériel sous l'effet de la pression. m est le module de cisaillement et rend compte de la résistance du matériau à changer de forme. r est la masse volumique, exprimée en kg/m³.  

(2)    les ondes S ou « secondes », appelées aussi ondes de cisaillement. Il s'agit d'ondes transversales car le déplacement des particules est perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde. Elles ne se propagent pas dans les liquides car il est impossible de déformer un liquide par cisaillement, alors m = 0.

La vitesse de ces ondes est donnée par l'équation :

by Sadahisa Kamikawa, adapté par Phillip Dukes.

Question 4 Commentez ces équations. En particulier, décrire qualitativement l'évolution des vitesses sismiques en fonction de la profondeur.

Question 5 Donnez l'ordre de grandeur des vitesses sismiques.  

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