Ondes sismiques : Vibrations se propageant à travers la Terre suite à un tremblement de terre, classées en ondes P (primaires) et ondes S (secondaires).
| Type d'onde | Direction du mouvement | Vitesse relative | Matériaux traversés |
|---|---|---|---|
| Onde P | Parallèle à la propagation | Plus rapide | Solides et liquides |
| Onde S | Perpendiculaire à la propagation | Plus lente | Solides uniquement |
Les ondes P sont des ondes de compression-dilatation qui se propagent dans tous les matériaux (solides, liquides et gaz) à la vitesse de 5-13 km/s dans la Terre.
Les ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne se propagent que dans les matériaux solides à la vitesse de 3-7 km/s, environ 60% de la vitesse des ondes P.
Les ondes changent de vitesse lorsqu'elles traversent des couches de densité ou de composition différentes, ce qui permet de détecter les discontinuités.
L'absence d'ondes S dans certaines zones (ombres sismiques) indique la présence de matériaux liquides (comme le noyau externe).
• Vitesse variable : Dépend du milieu traversé
• Propriétés mécaniques : Ondes S ne traversent pas les liquides
• Changement de vitesse : Indique des changements de propriétés
Les ondes P (longitudinales) traversent tous les matériaux à la vitesse de 5-13 km/s, tandis que les ondes S (transversales) ne traversent que les solides à 3-7 km/s. Leur propagation change avec la composition et densité des couches.
Sismogramme : Enregistrement graphique des vibrations du sol captées par un sismomètre, montrant l'arrivée successive des différentes ondes.
Les ondes P arrivent en premier sur le sismogramme, avec une amplitude généralement faible et une période courte. Ce sont les ondes les plus rapides.
Les ondes S arrivent après les ondes P, avec une amplitude plus grande et une période plus longue. Leur vitesse est environ 60% de celle des ondes P.
La différence de temps entre l'arrivée des ondes P et S permet de calculer la distance épicentrale du séisme.
Les ondes de surface (Love et Rayleigh) arrivent en dernier, avec une amplitude très grande et une durée prolongée.
Δt = tS - tP : Différence de temps entre les ondes S et P
Distance = f(Δt) : Utilisation de tables ou graphiques standards
• Ordre d'arrivée : P, S, puis ondes de surface
• Amplitude : Ondes S et de surface plus amples
• Calcul de distance : Basé sur la différence de temps
Sur un sismogramme, les ondes P arrivent en premier (amplitude faible), suivies des ondes S (amplitude plus grande), puis des ondes de surface (amplitude très grande). La différence de temps entre P et S permet de déterminer la distance épicentrale.
Discontinuité sismique : Interface entre deux couches de la Terre où les propriétés physiques changent brusquement, provoquant un changement de vitesse des ondes.
Quand une onde sismique traverse une interface entre deux couches de propriétés différentes, sa vitesse change brusquement, ce qui est détecté par les sismographes.
Sépare la croûte du manteau, située à 5-70 km de profondeur. L'augmentation brutale de vitesse indique un changement de composition.
Sépare le manteau du noyau, située à 2900 km. L'arrêt des ondes S indique la présence d'un matériau liquide (noyau externe).
Les discontinuités à 410 km et 660 km dans le manteau supérieur correspondent à des changements de phase minéralogiques.
• Changement de vitesse : Indique un changement de propriétés physiques
• Arrêt des ondes S : Matériau liquide détecté
• Positions fixes : Reproductibles à l'échelle planétaire
Les discontinuités sont détectées par des changements brusques de vitesse des ondes sismiques. La discontinuité de Moho sépare croûte et manteau, celle de Gutenberg sépare manteau et noyau, et l'arrêt des ondes S indique la présence de matériau liquide.
Foyer sismique (hypocentre) : Point de départ d'un séisme à l'intérieur de la Terre, contrairement à l'épicentre qui est sa projection à la surface.
Il faut au moins 3 sismomètres pour localiser l'épicentre. On mesure la différence de temps entre l'arrivée des ondes P et S à chaque station.
À partir de la différence de temps P-S, on détermine la distance épicentrale de chaque station au foyer du séisme.
On trace des cercles de rayon égal à la distance épicentrale autour de chaque station. Le point d'intersection des cercles est l'épicentre.
La profondeur du foyer est déterminée en analysant les ondes réfléchies et réfractées par rapport au modèle sismique de la Terre.
Station A : Distance = 200 km
Station B : Distance = 300 km
Station C : Distance = 250 km
Intersection : Position du foyer
• Minimum 3 stations : Pour triangulation
• Temps d'arrivée : Mesuré avec précision
• Modèles de référence : Pour déterminer la profondeur
Le foyer sismique est localisé en mesurant la différence de temps entre les ondes P et S à au moins 3 stations sismiques, en calculant les distances épicentrales, et en utilisant la triangulation pour déterminer l'épicentre et la profondeur.
Tomographie sismique : Technique permettant de reconstruire la structure interne de la Terre en analysant la propagation des ondes sismiques.
On utilise des modèles de vitesse attendue (comme le modèle PREM) pour comparer avec les vitesses observées.
Les écarts entre les vitesses observées et attendues indiquent des variations de température, composition ou état physique des matériaux.
Les basses vitesses indiquent des zones chaudes (ascendances convectives), les hautes vitesses des zones froides (descendances).
Les variations de vitesse peuvent aussi indiquer des changements de composition chimique ou de phase minéralogique.
Plumes mantelliques : Zones de basses vitesses (chaudes)
Plaques subduites : Zones de hautes vitesses (froides)
Frontières de phase : Changements brusques de vitesse
• Relations vitesses-densité : Haute densité = haute vitesse
• Relations température-vitesse : Haute température = basse vitesse
• Modélisation inverse : Reconstruction de la structure à partir des données
La structure interne de la Terre est interprétée en comparant les vitesses des ondes observées avec celles attendues. Les anomalies de vitesse révèlent des variations de température, composition et densité, permettant de cartographier la structure interne.
- Localisation hypocentrale : Triangulation à partir de plusieurs stations
- Tomographie sismique : Reconstruction 3D de la structure interne
- Modélisation des vitesses : Comparaison avec modèles théoriques
- Analyse spectrale : Étude des fréquences des ondes
- Les ondes sismiques changent de vitesse selon les propriétés du matériau
- Les ondes S ne traversent pas les milieux liquides
- Les discontinuités sont des interfaces de changement de propriétés
- La triangulation permet de localiser les séismes
- Sismogramme : Enregistrement des vibrations sismiques
- Hypocentre : Point de départ du séisme dans la Terre
- Épicentre : Projection du foyer à la surface
- Tomographie : Reconstruction d'image à partir de mesures indirectes