SISMO 3D SAMS - Modèle de restitution d’un séisme en 3D

SISMO 3D SAMS - Modèle de restitution d’un séisme en 3D

Marc Tartière  10-04-2008 : marc.tartiere@ac-montpellier.fr
Lycée Paul valéry - Sète - Professeur animateur SVT au SAMS

- Objectifs :

  • Modéliser et mettre en évidence les effets d’un même séisme à différentes distances de l’épicentre.
  • Mettre en évidence les effets sur les différentes constructions aux normes parasismiques ou non
  • Mettre en évidence un effet de site.

- Matériel nécessaire :

PC, carte son 5 .1, table SISMO 3D SAMS, logiciel SéisGram2K, logiciel Audacity, logiciel SurCode DVD pro, logiciel de lecture de DVD audio (format dts).
La Table SISMO 3D est une production du SAMS Montpellier (Lycée Joffre allée de la citadelle Montpellier) sams@ac-montpellier.fr.


Voici la restitution du séisme enregistré le 6-02-2008 par la station MLTF (Martinique) dont l’épicentre est proche de la Dominique (113 km),
Latitude : 15.46, Longitude : -60.19, Profondeur 35 km.
 
La restitution peut paraître longue mais elle est en temps réel. On peut y voir la secousse principale mais également une réplique intervenant 1 mn 30 sec plus tard.
 


Toutes les étapes nécessaires à la réalisation de cette restitution sont décrites dans cet article.

I – Préparation des fichiers au format dts

Se procurer les enregistrements du séisme à modéliser dans la banque de données fournies par le portail national : http://www.edusismo.org
L’exemple suivant à été développé à partir du séisme magnitude 5,0 du 6-02-2008 intervenu à 18h 37mn 59s dans la région de île Dominique, latitude 15,46°, longitude -60,19° à une profondeur 35 km

1° - Conversion des fichiers SAC en WAV

SeisGram permet de convertir les fichiers SAC en fichiers WAVE c’est-à-dire en fichiers de son.
Lors de l’enregistrement au format wave, appliquer un facteur multiplicateur de fréquence égal à 1  : ainsi, la fréquence initiale des ondes sismiques est conservée.

2° - Editer des fichiers au format Wave

Lancer SeisGram2K
Ouvrir les fichiers avec l’extension .sac de la station la plus proche de l’épicentre :
Exemple pour le séisme du 6 /02/2008 magnitude 5.0, ce sera ceux de MLTF distante de 113 km de l’épicentre.
 Bien repérer l’amplitude maximale des sismogrammes pour chaque voie, à l’aide du pointeur (une étiquette donnant la valeur de l’amplitude max ou mini apparaît au survol)
 Enregistrer chaque trace au format wave : Fichier, puis enregistrer actif sous et choisir l’extension . wav

enregistrement sac to wave

Ouvrir les fichiers avec l’extension .sac de la station la plus éloignée de l’épicentre :

Exemple pour le séisme du 6/02/2008 magnitude 5.0, ce sera ceux de GABY distante de 189 km de l’épicentre.

Bien repérer l’amplitude maximale des sismogrammes pour chaque voie, à l’aide du pointeur.

Enregistrer chaque trace au format wave.

L’examen des enregistrements dans les trois voies montre que les ondes enregistrées à GABY ont une amplitude 10 fois moins importante que celles enregistrées à MLTF plus proche de l’épicentre.

3° - Restitution des intensités des ondes enregistrées à l’échelle :

Lancer Audacity

Dans les préférences (fichier, préférences), régler la fréquence d’échantillonnage sur 441000 Hz et le format d’échantillonnage sur 16 bits.

Faire Fichier, Projet, Importer Audio et donner le chemin d’un enregistrement de GABY au format wave. La trace apparaît.

Cliquer sur Vue, ajuster verticalement : la trace prend tout l’écran.

Cliquer sur l’icône « ajuster le niveau » :

réglage intensité

Des graduations apparaissent sur l’échelle d’amplitude. L’amplitude étant 10 fois moins importante, cliquer sur l’axe des ordonnées et glisser avec le pointeur de manière à réduire l’amplitude à 0,1.

amplitude modifiée

Cliquer sur Fichier puis Exporter en wave. Donner le même nom que le fichier original en ajoutant x0,1 pour le caractériser.

Fermer Audacity sans enregistrer et le relancer : refaire la même démarche avec les enregistrements au format wave des deux autres voies.

4° - Construction des fichiers au format dts :

Lancer SurCode Pro DVD ;

Cliquer sur option puis régler l’échantillonnage (sample rate 41.1). Valider

Cliquer sur option puis sur option Device et indiquer la carte son 5.1 à toutes les voies.

Cliquer sur Destination et donner un nom et un chemin pour le fichier dts que vous allez créer.

Cliquer sur left Front et attribuer le fichier wave représentant l’enregistrement Est –Ouest de MLTF

Cliquer sur right Front et attribuer le fichier wave représentant l’enregistrement Nord – Sud de MLTF

Cliquer sur Left Surround et attribuer le fichier wave représentant l’enregistrement vertical de MLTF

Cliquer sur Right Surround et attribuer le fichier wave représentant l’enregistrement vertical de MLTF

Cliquer sur Encode et laisser le fichier s’encoder.

réglage surcode

Refaire la même démarche avec les fichiers waves d’amplitude corrigée (x0,1) de GABY.

II - Restitution du séisme

1° - Branchement de la carte son externe 5.1

Si votre PC possède une carte son 5.1, passer cette étape pour aller au 2°.

Installer les pilotes de la carte son externe

Connecter la carte son externe sur le port USB.

Tester les différentes sorties de la carte son à l’aide du logiciel fourni. Bien vérifier que les sorties Left front, Right front, Left surround, Right surround soit bien validées.

2° - Connexion de la « Table vibrante 3D SAMS » de restitution des séismes.

Connecter la sortie Left front à la voie d’entée Est – Ouest sur l’amplificateur de la table vibrante

Connecter la voie Right front à la voie Nord – Sud sur l’amplificateur de la table vibrante

Connecter la voie Left surround à la voie Z (verticale) sur l’amplificateur de la table vibrante. L’entrée right surround est équivalente mais elle n’est pas branchée

3° - Restitution d’un séisme :

Lancer le logiciel de lecture de fichiers dts : Power DVD par exemple

Lorsque le logiciel est lancé, ajouter le fichier à lire par exemple MLTF dans la liste de lecture. Valider

Le fichier est lu et le séisme est restitué dans les 3 dimensions de l’espace.

Refaire la même démarche avec le fichier obtenu avec GABY

Comment expliquer les différences constatées ?

 

III – Quelques pistes d’utilisation de la table SISMO3D SAM

1° - En utilisant des éléments de construction (legos, boîtes d’allumettes, sucres, …)

Construire les « bâtiments » en utilisant les briques fournies.

Faire des bâtiments de 2, 4 et 6 étages avec une hauteur d’un étage de 3cm sur la table.

Sachant que la table est à l’échelle 1 / 200, quelle serait la taille réelle d’un étage modélisé ? Quelles seraient les tailles réelles des bâtiments de 2, 4 et 6 étages modélisés.

2° - Utilisant des tiges flexibles pour modéliser les bâtiments de hauteurs différentes :

Observer les différents enregistrements à l’aide de SeisGram.

Observer, lors de la restitution, les effets du séisme sur les différents bâtiments. Noter les temps auxquels chaque type de bâtiment subit les plus fortes oscillations.

Emettre des hypothèses sur les fréquences les plus destructrices pour chaque type de bâtiment.

En relation avec le professeur de physique :

Créer avec les GBF des signaux à appliquer aux trois voies permettant de restituer ces fréquences.

Appliquer sur la table SISMO 3D les fichiers sons produits.

Les hypothèses émises sont elles vérifiées ?

En admettant qu’un tel séisme se reproduise, rédiger un fichier de consignes à appliquer si celui-ci se reproduisait.

Chaque consigne doit être argumentée à partir de vos observations.

Refaire la même démarche en posant le modèle de bâtiments sur du sable placé sur le plateau de la table SISMO 3D.

Les résultats sont ils les mêmes ? Comment peut-on l’expliquer ?

 

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