Propagation des ondes sismiques

Comme nous l'avons expliqué au début de cette partie de TPE consacrée aux séismes, les séismes sont le produit d'ondes sismiques qui sont issues d'un frottement ou d'un choc en profondeur. Dans cette partie, nous allons étudier ces ondes sismiques qui sont parfaitement assimilables à d'autres ondes physiques telles que le son. Nous allons donc d'abord étudier les différents types d'ondes pour ensuite nous intéresser à l'aspect physique de ce phénomène.

I. Les différents types d'ondes sismiques.

On peut distinguer deux types d'ondes, les ondes dites de volume qui traversent la terre et les ondes de surface qui se propagent parallèlement à la surface. Les deux sont prises en compte sur les sismogrammes.

1) Les ondes de volume : ce sont des ondes qui se propagent à l'intérieur du globe et dont la vitesse varie en fonction du milieu traversé. On en distingue deux types différents :

Les ondes P (comme Premières) que l'on appelle également longitudinales. Le déplacement du sol qui se fait sur leur passage est dû à des compressions et dilatations successives parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Ce sont les ondes les plus rapides (entre 5et 15 km/s) et sont responsables du bruit sourd que l'on peut entendre au début d'un tremblement de terre.

Les ondes S (comme Secondes) que l'on appelle également transversales. Les mouvements du sol à leur passage se font de manière verticale et elles ont la particularité de ne pas pouvoir traverser des milieux liquides. Ainsi, il leur est impossible de passer par le noyau terrestre. Elles se déplacent à une vitesse inférieure à celle des ondes P (entre 3 et 7 km/s).

Ces ondes peuvent se déplacer de manière assez anarchique puisqu'elles sont susceptibles d'être réfractées, arrêtées (exemple des ondes S au niveau du noyau) ou réfléchies comme le montre le schéma suivant :

2) Les ondes de surface : Ce sont des ondes qui se propagent dans la croûte et le manteau supérieur qui transmettent la plupart de l'énergie d'un séisme. On en distingue là encore deux types différents :

Les ondes de Love : Ce sont des ondes qui se déplacent de façon identique aux ondes de type S à cela près qu'elles se déplacent de manière horizontale et non verticale. Ce sont ces espèces d'oscillations horizontales qui causent le plus de dommages aux constructions.

Les ondes de Rayleigh : Elles sont animées d'un déplacement complexe où les particules bougent à la fois horizontalement et verticalement.

II. Les ondes, un phénomène physique variable.

Une onde mécanique est un phénomène caractérisé par la propagation d'une perturbation. Si la déformation du milieu est perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde on parle d'ondes transversales (exemple des ondes S), si elle lui est parallèle on parle d'ondes longitudinales (exemple des ondes P). Une onde se propage dans toutes les directions qui lui sont offertes à partir de sa source à une vitesse que l'on appelle célérité. Après son passage, le milieu reprend son état initial : il n'y a pas eu de transport de matière. Cette onde peut avoir des propriétés périodiques, c'est à dire que l'émission de la perturbation se produit régulièrement selon un intervalle de temps appelé période.

On distingue deux types de périodicité :

- La périodicité temporelle : chaque point du milieu subit la même perturbation à tous les intervalles de temps T, T étant appelé la périodicité temporelle de l'onde.

- la périodicité spatiale : La distance qui sépare deux points consécutifs qui vibrent en phase est appelée périodicité spatiale de l'onde ou longueur d'onde.

Les ondes sismiques suivent principalement les propriétés énoncées ci-dessus à cela près qu'elles ne sont pas périodiques.