Mesure de la vitesse de propagation des ondes sismiques

Mesure de la vitesse de propagation des ondes sismiques

Le SAMS (Service Académique de Matériel Scientifique) a fourni aux établissements (de l’académie de Montpellier) qui souhaitaient s’équiper, un dispositif de mesures des vitesses des ondes sismiques.

Ce dispositif est utilisable pour réaliser les modèles analogiques préconisés dans les nouveaux programmes de 1ère S (voir capacités et attitudes).

Il permet :

- La réalisation des mesures des vitesses des ondes sismiques dans différents matériaux de nature pétrographique différente.

Connaissances à acquérir : Les études sismiques et pétrographiques permettent de caractériser et de limiter deux grands types de croûtes terrestres : une croûte océanique essentiellement formée de basalte et de gabbro et une croûte continentale constituée entre autres de granite. La croûte repose sur le manteau, constitué de péridotite. Capacités et attitudes : Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l’aide de dispositifs d’expérimentation assistée par ordinateur de propagation d’ondes à travers des matériaux de nature pétrographique différente.

- De montrer l’existence d’une relation entre vitesse des ondes et température du matériau traversé (modèle de tomographie sismique).

Connaissances à acquérir : Les différences de vitesse des ondes sismiques qui se propagent le long de ce plan, par rapport à celles qui s’en écartent, permettent de distinguer : la lithosphère de l’asthénosphère. L’interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s’enfonce dans le manteau au niveau des fosses dites de subduction. La limite inférieure de la lithosphère correspond généralement à l’isotherme 1300° C. Capacités et attitudes : Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l’aide de dispositifs d’expérimentation assistée par ordinateur de propagation d’ondes à travers un même matériau mais à des températures différentes pour comprendre la différence entre lithosphère et asthénosphère.

- La conception d’une modélisation pour la recherche d’une roche réservoir.

Connaissances à acquérir : Le modèle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel utile pour rechercher des gisements pétroliers. À partir de l’étude d’un exemple on montre que la tectonique globale peut rendre compte :
- d’un positionnement géographique du bassin favorable au dépôt d’une matière organique abondante et à sa conservation ;
- d’une tectonique en cours de dépôt (subsidence) et après le dépôt qui permettent l’enfouissement et la transformation de la matière organique puis la mise en place du gisement. La rare coïncidence de toutes ces conditions nécessaires explique la rareté des gisements dans l’espace et le temps. Capacités et attitudes : Modéliser la circulation de fluides de densités différentes non miscibles dans des roches perméables. Concevoir une modélisation et suivre un protocole pour comprendre comment une structure géologique associée à un recouvrement imperméable constitue un piège à liquide.

Pour chaque poste de TP, l’enregistrement des ondes est réalisé par deux capteurs piezo connectés à une carte son. Le logiciel d’acquisition utilisé et de traitement des données acquises est Audacity (logiciel gratuit).

dispositif d'enregistrement

Le dispositif d’acquisition : 2 capteurs piezo, 1 coupleur, 1 rallonge pour la connexion vers le PC

détail du coupleur

Détail du coupleur

Connexion au PC

La connexion sur l’entrée en ligne de la carte son du PC

 

Les différentes modélisations à réaliser sont disponibles dans ces articles :

Vitesse des ondes et densité des matériaux :

- http://svt.ac-montpellier.fr/spip/I...
- Fiche d’activité "ondes sismiques et propriétés" : http://www.edusismo.org/fiche_piste...

A la recherche des hydrocarbures :

http://svt.ac-montpellier.fr/spip/s...

Vitesse des ondes et température des matériaux traversés

En utilisant ces mêmes capteurs et un dispositif permettant de calibrer les chocs, il est possible de mesurer la vitesse de propagation des ondes à travers le même matériau à des températures différentes. Le matériau utilisé est une barre de pâte à modeler. On peut ainsi créer un modèle de tomographie sismique.

montage complet

Le modèle de tomographie sismique

 

La machine thermique de la Terre : http://svt.ac-montpellier.fr/spip/s...
Fiche d’activité "Sismo Tomographie" : http://www.edusismo.org/fiche_piste...

 

Le Kit proposé pour chaque poste de TP comprend :


- un dispositif de calibrage du choc (sphère suspendue, repère d’angle et fil)

- 1 kg de pâte à modeler « à l’ancienne » (réutilisable après chaque TP) pour mouler deux barres à congeler. Ainsi, il sera possible de réaliser la même modélisation si deux groupes de TP d’une même classe se succèdent. Le thermomètre digital peut être emprunté au laboratoire de physique chimie.

pendule de calibrage

Le pendule de calibrage du choc

Barre pâte à modeler

La barre de pâte à modeler avec les capteurs en place


dispositif de moulage

Le dispositif de moulage

Pour réaliser le dispositif de tomographie sismique, un seul dispositif de moulage est nécessaire pour chaque laboratoire. Outre le moule, il comprend un rouleau pour étaler la pâte à modeler et du papier sulfurisé.

 


 

 

 

Navigation

Agenda


Lu
Ma
Me
Je
Ve
Sa
Di

Evénements à venir