Relation Contrainte - Magnitude - Intensité des séismes

Relation Contrainte  - Magnitude - Intensité des séismes

Marc Tartière, 05-02-2008. Activité réalisée au Lycée Paul Valéry de Sète dans le cadre de l’option "Démarches et culture scientifiques" en classe de seconde.

Objectif : On cherche à comprendre pourquoi les effets ressentis, diffèrent d’un séisme à l’autre.
 
Un séisme est intervenu le lieu le 2 septembre 2006 à 01h21m31s.
L’épicentre a été localisé au point latitude = 43.93° et longitude = 7,6° profondeur 5km
Ce séisme a été enregistré par les stations sismiques du réseau Sismo à l’école :
- Saint Delmas de Tende,
- NICF de Nice,
- CAIF de Marseille,
- SPVF de Sète.


Ils sont disponibles sur le portail national du réseau Sismo à l’école : http://www.edusismo.org dans la rubrique "Données".
 

  • Lancer le logiciel Educarte et afficher uniquement les différentes stations du réseau concernées et placer le séisme sur la carte.
         Le logiciel Educarte est téléchargeable sur le portail national Sismo à l’école, rubrique "Ressources éducatives". Il est gratuit.

Educarte

 

  • Lancer SeisGram2K qui est le logiciel permettant de visualiser les sismogrammes enregistrés par les stations du réseau.
        Il est téléchargeable sur le portail national Sismo à l’école, rubrique "Ressources éducatives". Il est gratuit.
  • Ouvrir les enregistrements situés dans le dossier « séisme Ligurie ». Seuls les enregistrements du capteur horizontal sont fournis.
  • Synchroniser et verrouiller l’alignement des tracés.

sismogrammes

 

  • Afficher la même amplitude pour les quatre enregistrements et observer.

sismogrammes synchro-même échelle

Ci dessus, les mêmes enregistrements affichés avec la même échelle d’amplitude.

Lorsque l’échelle d’amplitude est la même pour les quatre stations, on peut voir que l’amplitude des ondes enregistrée n’est pas la même pour les 4 stations : elle est maximale pour STDF qui est la plus proche du séisme, un peu moins importante pour NICF, plus réduite pour CAIF et enfin très faible au niveau de SPVF qui est la plus éloignée de l’épicentre.
Plus les stations sont éloignées, plus l’amplitude des ondes sismiques enregistrées est faible.

 

Formuler une hypothèse pour expliquer l’allure des sismogrammes observés.

Hypothèse : Les effets d’un séisme seraient différents car les ondes (l’énergie) s’atténueraient lorsqu’on s’éloigne du foyer du séisme c’est-à-dire de l’endroit où se situe la faille.

On se propose de vérifier cette hypothèse en utilisant un modèle sismique : SISMODEMO développé dans l’académie par le SAMS
 
Une station sismique est représentée un capteur piézo situé dans un boîtier. Il sera plaqué sur la table au moment d’un ruban adhésif. Ce capteur transforme les ondes transmises par la table en une tension (donnée analogique). Cette tension est envoyée sur l’entrée d’une carte son (Line in ou Audio in qui transforme la tension analogique en des données numériques.
Ces données numériques sont visualisées par le logiciel de capture et de montage de son, Audacity. Il est gratuit et téléchargeable sur le site : http://audacity.sourceforge.net/download/

Fiche technique pour brancher les capteurs et configurer Audacity

Le séisme sera engendré par rupture d’un objet (carrelage, plaque de chocolat …) situé au bord de la table.

Dispositif

 

Pour chaque séisme modélisé, les ondes seront enregistrées par deux stations sismiques (= 2 capteurs) situées à des distances différentes.

En utilisant la fiche protocole proposée, effectuer un enregistrement en créant un séisme par rupture des différents matériaux suivant:

  • Carrelage large (10 cm)
  • Carrelage étroit (2cm)
  • Chocolat placé au réfrigérateur
  • Chocolat laissé à température ambiante (19°)

 

dispositif-chocolat

 

  • Conserver les différents enregistrements et leur attribuer un nom (carrelage large, carrelage étroit, chocolat froid, chocolat ambiant…)

enregistrements

 

  • Enregistrer le projet (Fichier, Enregistrer le projet sous…)
  • Lancer un nouvel enregistrement sur Audacity pendant 2 ou trois secondes sans réaliser de nouvelle manipulation. On obtient ainsi une piste vierge.
  • Se placer l’enregistrement obtenu avec le carrelage large. Sélectionner avec le pointeur-souris la totalité du signal sismique obtenu.
  • Faire Edition, Copier.
  • Se placer sur la piste vierge et faire Edition Coller.
  • Refaire la même démarche avec l’enregistrement réalisé avec le carrelage étroit en collant le signal sismique après le signal du carrelage large.
  • Refaire la même démarche avec le chocolat froid et enfin le chocolat à température ambiante.

 Résultats du modèle
 
On peut faire une impression écran des enregistrements sismiques obtenus pour les deux stations et coller cette image dans le logiciel de dessin où on pourra l’annoter.

  • Analyser les enregistrements figurant sur une même piste. Conclure.

Pour une même station (donc en un même lieu) :
L’intensité du signal est le plus fort pour le séisme engendré par la rupture du carrelage large.
L’intensité du signal est moins importante pour celui engendré par rupture du carrelage étroit, qui a demandé moins d’efforts.
La rupture de la plaquette de chocolat qui a demandé encore moins d’efforts a engendré un signal d’amplitude encore moins importante.
La rupture du chocolat à température ambiante qui a demandé le moins d’efforts, a généré le signal d’amplitude la plus faible.

 

Conclusion :
Plus la contrainte accumulée dans le matériau avant sa rupture, est importante, plus l’amplitude de l’onde enregistrée est grande.
L’amplitude de l’onde peut être considérée comme la magnitude du séisme.
La magnitude du séisme dépend donc de la contrainte accumulée dans la roche avant sa rupture.
Plus la contrainte accumulée est importante, plus la magnitude du séisme engendré sera forte.

  • Comparer pour chaque « séisme » les enregistrements obtenus pour les deux stations-capteurs. Conclure.

Pour une même rupture (carrelage étroit par exemple) l’amplitude du signal enregistré est plus importante pour la station 1 que pour la station 2 qui est la plus éloignée de la rupture.
Conclusion :
L’intensité du séisme enregistré ou ressenti dépend donc de la distance entre l’épicentre et le lieu d’enregistrement ou d’observation.
On peut maintenant valider notre hypothèse. STDF qui était la station la plus proche de l’épicentre a enregistré un séismogramme d’amplitude importante.
En revanche,  SPVF qui est la station la plus éloignée a enregistré ce même séisme avec une amplitude très peu importante.

  • Répondre au problème posé en utilisant les données acquises.

Lors d’un séisme, les effets ressentis dépendent:
- De la magnitude du séisme. Cette magnitude dépend elle-même de l’énergie libérée lors de la rupture de la faille donc de l’énergie accumulée par la roche avant sa rupture.
- De la distance entre le foyer du séisme (lieu de la rupture) et la position de l’observateur. Plus cette distance augmente moins l’intensité du séisme enregistré ou ressenti est forte.

 

 

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