METHSISM4

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Master Professionnel CIS jean-Pierre Fourno
LES METHODES SISMIQUES
INTRODUCTION
Les méthodes sismiques sont redevables des principes de base établis grâce à l'étude des
tremblements de terre et qui ont servi de point de départ à l'application des méthodes sismiques
en géophysique appliquée. La séismologie étudie les tremblements de terre naturels et certaines
explosions de très grande envergure (explosions nucléaires). Cette science englobe les théories
explicatives des causes des tremblements de terre, l'étude des divers types d'ondes sismiques, le
calcul de la trajectoire des ondes, de la localisation de l'épicentre et de la profondeur du foyer
d'explosion, de la nature des déplacements de divers mouvements d'ondes ainsi que du
mécanisme focal des tremblements de terre.
Les recherches relatives à l'instrumentation utilisée pour enregistrer les ondes sismiques issues
de tremblements de terre ou pour épurer la forme de signal reçu relèvent du domaine de
l'électronique et de la séismologie. Les études concernant la constitution interne d'une planète,
les propriétés élastiques des matériaux dont elle est composée et la configuration géométrique de
certaines portions (croûte, manteau et noyau terrestre, hétérogénéité de la partie supérieure du
manteau terrestre) sont des disciplines qui chevauchent à mi-chemin entre la physique des
solides et de la séismologie.
LES ONDES SISMIQUES
Les ondes sismiques sont des ondes élastiques. L'onde peut traverser un milieu sans modifier
durablement ce milieu. L'impulsion de départ va "pousser" des particules élémentaires, qui vont
"pousser" d'autres particules et reprendre leur place. Ces nouvelles particules vont "pousser" les
particules suivantes et reprendre leur place, etc.
Les vibrations engendrées par un séisme se propagent dans toutes les directions. On distingue les
ondes de volume qui traversent la Terre et les ondes de surface qui se propagent parallèlement à
sa surface. Elles se succèdent et se superposent sur les enregistrements des sismographes. Leur
vitesse de propagation et leur amplitude sont modifiées par les structures géologiques traversées,
c'est pourquoi, les signaux enregistrés sont la combinaison d'effets liés à la source, aux milieux
traversés et aux instruments de mesure.
Ces ébranlements, qui se déplacent sous forme d'ondes, traversent le Globe et donnent des
indications irremplaçables sur sa constitution.

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On distingue :
Les ondes de volume :
Elles trouvent leur explication dans la théorie de l'élasticité, mécanique du solide. Elles se
propagent à l'intérieur du globe suivant des lois proches de celles de l'optique géométrique.
Lorsqu'elles se réfléchissent sur des surfaces de discontinuité (et notamment sur la surface du
globe), elles interfèrent et génèrent des "ondes de surfaces". Leur vitesse de propagation
dépend du matériau traversé et d'une manière générale elle augmente avec le profondeur.
On distingue :
- les ondes P ou ondes primaires appelées aussi ondes de compression ou ondes
longitudinales se propagent dans tous les milieux.
Le déplacement du sol qui accompagne leur passage se fait par dilatation et compression
successives, parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Elles sont responsables du
grondement sourd que l'on peut entendre au début d'un tremblement de terre. Ce sont les plus
rapides (6km.s-1 près de la surface) et sont enregistrées en premier sur un sismogramme.

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- Les ondes S ou ondes secondaires appelées aussi ondes de cisaillement ou ondes
transversales. A leur passage, les mouvements du sol s'effectue perpendiculairement au sens
de propagation de l'onde. Ces ondes ne se propagent pas dans les milieux liquides, elles sont
en particulier arrêtées par le noyau de la Terre, = 0 dans les liquides. Leur vitesse est plus
lente que celle des ondes P, elles apparaissent en second sur les sismogrammes.
La différence des temps d'arrivée des ondes P et S suffit, connaissant leur vitesse, à donner
une indication sur l'éloignement du séisme.
Les ondes de surface
Ce sont des ondes guidées par la surface de la Terre. Leur effet est comparable aux rides
formées à la surface d'un lac.
Elles sont moins rapides que les ondes de volume mais leur amplitude est généralement plus
forte et elles concentrent le maximum d'énergie.
On peut distinguer :
- L'onde de Love se propage seulement dan les solides non homogènes. Onde transversale
polarisée dans le plan horizontal, elle résulte d'interférences constructives entre ondes
horizontales. Le déplacement est essentiellement le même que celui des ondes S sans
mouvement vertical. Les ondes de Love provoquent un ébranlement horizontal qui est la
cause de nombreux dégats aux fondations des édifices.
- L'onde de Rayleigh se propage au voisinage de la surface de milieux homogènes et non
homogènes. Le déplacement est complexe, assez semblable à celui d'une poussière portée par
une vague, un mouvement à la fois horizontal et vertical, elliptique retrograde polarisé dans
le plan vertical de propagation. Elle résulte d'interférences entre onde P et S verticale. En fait,
les ondes de Love se propagent à environ 4 km/s, elles sont plus rapides que les ondes de
Rayleigh. Le document joint montre les 4 sortes d'ondes sismiques fondamentales ressenties
lors d'un tremblement de terre.

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 L'onde P qui comprime et étire alternativement les roches. On l'enregistre bien sur la
composante verticale du sismographe.
 L'onde S se propage en cisaillant les roches latéralement à angle droit par rapport à sa
direction de propagation. On l'enregistre bien sur les composantes horizontales du
sismographe.
Les ondes de surface :
 L'onde de Love L: elle déplace le sol d'un côté à l'autre dans un plan horizontal
perpendiculairement à sa direction de propagation. On l'enregistre uniquement sur les
composantes horizontales du sismographe.