II - 6 Structure interne - Espace d`authentification univ
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II - 6 Structure interne Remarque : ne pas confondre croûte et lithosphère ! Discontinuités chimiques continent océan croute Discontinuités thermo−mécaniques (km) 0 10 40 MOHO manteau manteau lithosphérique lithosphère 100−200 LOW VELOCITY ZONE manteau asthénosphérique C.Grigné - UE Terre Profonde asthénosphère 80 II - 6 Structure interne Lithosphère Manteau supérieur Manteau inférieur Noyau liquide Graine solide C.Grigné - UE Terre Profonde 81 II - Sismologie 1) Introduction 2) Les ondes 3) Propagation des ondes 4) Sismogrammes et hodochrones 5) Ondes de surface 6) Structure interne de la Terre 7) Tomographie sismique C.Grigné - UE Terre Profonde 82 II - 7 Tomographie ◮ Etude des anomalies de temps d’arrivée des ondes sismiques • Les ondes se propagent avec une vitesse qui dépend - du type d’onde considéré - des propriétés physiques du milieu traversé C.Grigné - UE Terre Profonde 83 II - 7 Tomographie ◮ Etude des anomalies de temps d’arrivée des ondes sismiques • Les ondes se propagent avec une vitesse qui dépend - du type d’onde considéré - des propriétés physiques du milieu traversé ◮ Le temps d’arrivée est mesuré et comparé à un temps de référence “prévu” C.Grigné - UE Terre Profonde 83 II - 7 Tomographie ◮ Etude des anomalies de temps d’arrivée des ondes sismiques • Les ondes se propagent avec une vitesse qui dépend - du type d’onde considéré - des propriétés physiques du milieu traversé ◮ Le temps d’arrivée est mesuré et comparé à un temps de référence “prévu” • La référence utilisée est en général PREM (Preliminary Reference Earth Model) C.Grigné - UE Terre Profonde 83 II - 7 Tomographie Principe dt = tthéo - tobs dt=0 dt=0 dt=0 dt=0 C.Grigné - UE Terre Profonde 84 II - 7 Tomographie Principe dt = tthéo - tobs dt=0 dt<0 dt<0 dt=0 C.Grigné - UE Terre Profonde 84 II - 7 Tomographie • dt = tthéo - tobs < 0 =⇒ temps de parcours anormalement long • dt = tthéo - tobs > 0 =⇒ temps de parcours anormalement court ◮ Comment connaître la nature de l’anomalie ? C.Grigné - UE Terre Profonde 85 II - 7 Tomographie • dt = tthéo - tobs < 0 =⇒ temps de parcours anormalement long • dt = tthéo - tobs > 0 =⇒ temps de parcours anormalement court ◮ Comment connaître la nature de l’anomalie ? dt=0 dt=0 dt<0 dt<0 dt=0 C.Grigné - UE Terre Profonde ? dt<0 dt<0 dt=0 85 II - 7 Tomographie ◮ Besoin de nombreux séismes et stations C.Grigné - UE Terre Profonde 86 II - 7 Tomographie ¥ Utilisation des ondes de volume P et S pour connaître les structures profondes : manteau inférieur et noyau ¥ Ondes de surface pour le manteau supérieur C.Grigné - UE Terre Profonde 87 II - 7 Tomographie ¥ Utilisation des ondes de volume P et S pour connaître les structures profondes : manteau inférieur et noyau ¥ Ondes de surface pour le manteau supérieur Inconvénients • Mauvaise distribution des séismes et des stations • Manque de stations dans les océans • Méthode indirecte : résultats peuvent dépendre du modèle −→ Problème inverse C.Grigné - UE Terre Profonde 87 II - 7 Tomographie ¥ Utilisation des ondes de volume P et S pour connaître les structures profondes : manteau inférieur et noyau ¥ Ondes de surface pour le manteau supérieur Inconvénients • Mauvaise distribution des séismes et des stations • Manque de stations dans les océans • Méthode indirecte : résultats peuvent dépendre du modèle −→ Problème inverse ◮ Interprétation des résidus (anomalies de temps) en terme de • Variations de composition chimique • Variations de température C.Grigné - UE Terre Profonde 87 II - 7 Tomographie C.Grigné - UE Terre Profonde 88 II - 7 Tomographie Rappel : la tomographie étudie les variations de vitesses sismiques, par comparaison avec un modèle radial de référence. ¥ L’échelle de couleurs est en général telle que • bleu : vitesses rapides (temps d’arrivée des ondes anormalement court) • rouge : vitesses lentes (temps d’arrivée anormalement long) C.Grigné - UE Terre Profonde 89 II - 7 Tomographie Rappel : la tomographie étudie les variations de vitesses sismiques, par comparaison avec un modèle radial de référence. ¥ L’échelle de couleurs est en général telle que • bleu : vitesses rapides (temps d’arrivée des ondes anormalement court) • rouge : vitesses lentes (temps d’arrivée anormalement long) ¥ Attention : ne pas interpréter directement bleu = froid rouge = chaud C.Grigné - UE Terre Profonde 89 II - 7 Tomographie Rappel : la tomographie étudie les variations de vitesses sismiques, par comparaison avec un modèle radial de référence. ¥ L’échelle de couleurs est en général telle que • bleu : vitesses rapides (temps d’arrivée des ondes anormalement court) • rouge : vitesses lentes (temps d’arrivée anormalement long) ¥ Attention : ne pas interpréter directement bleu = froid rouge = chaud ¥ Les variations de vitesses sismiques sont dues à des variations de densité, qui peuvent être d’origine thermique ou chimique. C.Grigné - UE Terre Profonde 89 II - 7 Tomographie • Toutes les zones ne sont pas vues avec la même précision (en l’absence de séismes et/ou de stations : pas de rais connus traversant ces zones) • Pour vérifier quelles sont les zones bien contraintes ou non : Test de l’échiquier - on impose des anomalies de vitesses connues dans un modèle synthétique - on calcule comment on observe ces anomalies dans le modèle tomographique C.Grigné - UE Terre Profonde 90 II - 7 Tomographie • Toutes les zones ne sont pas vues avec la même précision (en l’absence de séismes et/ou de stations : pas de rais connus traversant ces zones) • Pour vérifier quelles sont les zones bien contraintes ou non : Test de l’échiquier - on impose des anomalies de vitesses connues dans un modèle synthétique - on calcule comment on observe ces anomalies dans le modèle tomographique C.Grigné - UE Terre Profonde 90 II - 7 Tomographie C.Grigné - UE Terre Profonde 91 II - 7 Tomographie olivine α olivine β olivine γ 410km 660km pérovskite + magnésiowustite ρα ρβ ργ ρ PV ρα < ρβ ρ γ < ρ PV C.Grigné - UE Terre Profonde 91 II - 7 Tomographie C.Grigné - UE Terre Profonde 92 II - 7 Tomographie Problème de la distribution Zones de subduction C.Grigné - UE Terre Profonde 93 II - 7 Tomographie Problème de la distribution Panaches chauds C.Grigné - UE Terre Profonde 93 II - 7 Tomographie Modèles globaux C.Grigné - UE Terre Profonde 94 II - 7 Tomographie Modèles globaux C.Grigné - UE Terre Profonde 94 II - 7 Tomographie Modèles globaux C.Grigné - UE Terre Profonde 94 II - 7 Tomographie Modèles globaux ¥ Manteau profond : • Deux grandes anomalies lentes sous l’Afrique et le Pacifique • Anomalie rapide autour du Pacifique ¥ Manteau supérieur : • Anomalies lentes le long des dorsales • Anomalies rapides sous les continents : présence de manteau lithosphérique sous-continental de vitesses VP et VS rapides. C.Grigné - UE Terre Profonde 94 II - Sismologie 1) Introduction 2) Les ondes 3) Propagation des ondes 4) Sismogrammes et hodochrones 5) Ondes de surface 6) Structure interne de la Terre 7) Tomographie sismique 8) Compléments : modes propres, anisotropie C.Grigné - UE Terre Profonde 95 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : ¥ Pendant plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : ¥ Pendant plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface Amplitude ¥ Pendant • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets x d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres Origine des modes propres de vibration de la Terre : ¥ Pendant plusieurs minutes après un séisme, on enregistre l’arrivée des ondes P et S et des ondes de surface • Ondes de volumes : décrites par la théorie des rais • Ondes de surface : interprétées comme des paquets d’ondes progressives ¥ Ces ondes progressives peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre, interfèrent entre elles et finissent par produire des ondes stationnaires C.Grigné - UE Terre Profonde 96 II - 8 Compléments : Modes propres ◮ Comme la Terre est un corps de taille finie, elle vibre selon un nombre discret de fréquences (comme une corde vibrante) C.Grigné - UE Terre Profonde 97 II - 8 Compléments : Modes propres • Séisme : contenu fréquentiel riche • Après une longue durée : seules les fréquences propres à la Terre sont enregistrées ◮ Ce spectre de fréquences correspond aux modes propres de la Terre C.Grigné - UE Terre Profonde 98 II - 8 Compléments : Modes propres Difficultés : • Les modes propres sont de périodes longues (basses fréquences) : ∼ 0.1 − 10mHz • Faible amplitude Différents modes de vibration : • Sur une sphère : formulation mathématique en harmoniques sphériques • Modes poloïdaux (correspondant aux ondes de Rayleigh) • Modes toroïdaux (correspondant aux ondes de Love) C.Grigné - UE Terre Profonde 99 II - 8 Compléments : Modes propres Difficultés : • Les modes propres sont de périodes longues (basses fréquences) : ∼ 0.1 − 10mHz • Faible amplitude Différents modes de vibration : • Sur une sphère : formulation mathématique en harmoniques sphériques • Modes poloïdaux (correspondant aux ondes de Rayleigh) • Modes toroïdaux (correspondant aux ondes de Love) C.Grigné - UE Terre Profonde 99 II - 8 Compléments : Modes propres Difficultés : • Les modes propres sont de périodes longues (basses fréquences) : ∼ 0.1 − 10mHz • Faible amplitude Différents modes de vibration : • Sur une sphère : formulation mathématique en harmoniques sphériques • Modes poloïdaux (correspondant aux ondes de Rayleigh) • Modes toroïdaux (correspondant aux ondes de Love) C.Grigné - UE Terre Profonde 99 II - 8 Compléments : Modes propres Difficultés : • Les modes propres sont de périodes longues (basses fréquences) : ∼ 0.1 − 10mHz • Faible amplitude Différents modes de vibration : • Sur une sphère : formulation mathématique en harmoniques sphériques • Modes poloïdaux (correspondant aux ondes de Rayleigh) • Modes toroïdaux (correspondant aux ondes de Love) C.Grigné - UE Terre Profonde 99 II - 8 Compléments : Modes propres Difficultés : • Les modes propres sont de périodes longues (basses fréquences) : Modes poloidaux ∼ 0.1 − 10mHz • Faible amplitude Différents modes de vibration : • Sur une sphère : formulation mathématique en S0 harmoniques0 sphériques 0S 2 0S 3 • Modes poloïdaux (correspondant aux ondes de Rayleigh) • Modes toroïdaux (correspondant aux ondes de Love) C.Grigné - UE Terre Profonde 99 II - 8 Compléments : Modes propres Difficultés : • Les modes propres sont de périodes longues (basses fréquences) : ∼ 0.1 − 10mHz • Faible amplitude Différents modes de vibration : • Sur une sphère : formulation mathématique en harmoniques sphériques • Modes poloïdaux (correspondant aux ondes de Rayleigh) • Modes toroïdaux (correspondant aux ondes de Love) C.Grigné - UE Terre Profonde 99 II - 8 Compléments : Modes propres Difficultés : • Les modes propres sont de périodes longues (basses fréquences) : Modes toroidaux ∼ 0.1 − 10mHz • Faible amplitude Différents modes de vibration : • Sur une sphère : formulation mathématique en 1T 2 0T 2 harmoniques sphériques 0T 3 • Modes poloïdaux (correspondant aux ondes de Rayleigh) • Modes toroïdaux (correspondant aux ondes de Love) C.Grigné - UE Terre Profonde 99 II - 8 Compléments : Modes propres C.Grigné - UE Terre Profonde 100 II - 8 Compléments : Anisotropie ¥ Isotropie : les propriétés du milieu ne dépendent pas de la direction ¥ Anisotropie sismique : la vitesse des ondes dépend de la direction de propagation de l’onde et de la direction du mouvement des particules. STATION Direction rapide Direction lente C.Grigné - UE Terre Profonde SEISME 101 II - 8 Compléments : Anisotropie ¥ Isotropie : les propriétés du milieu ne dépendent pas de la direction ¥ Anisotropie sismique : la vitesse des ondes dépend de la direction de propagation de l’onde et de la direction du mouvement des particules. ¥ Dans la croûte, l’anisotropie peut être due • à des joints de grains préférentiellement alignés • à des microfissures dues à l’orientation des contraintes • à des couches stratifiées dans des formations sédimentaires • à la schistosité de roches métamorphiques ... C.Grigné - UE Terre Profonde 101 II - 8 Compléments : Anisotropie ¥ Isotropie : les propriétés du milieu ne dépendent pas de la direction ¥ Anisotropie sismique : la vitesse des ondes dépend de la direction de propagation de l’onde et de la direction du mouvement des particules. ¥ Dans la croûte, l’anisotropie peut être due • à des joints de grains préférentiellement alignés • à des microfissures dues à l’orientation des contraintes • à des couches stratifiées dans des formations sédimentaires • à la schistosité de roches métamorphiques ... ¥ Dans le manteau, l’anisotropie est généralement due • à l’alignement des cristaux dans la direction de l’écoulement ◮ Seule méthode d’observation de la direction d’écoulement dans le manteau C.Grigné - UE Terre Profonde 101 II - 8 Compléments : Anisotropie ◮ Pour les ondes de cisaillement, l’anisotropie crée un déphasage : l’onde est polarisée selon deux plans perpendiculaires, en deux ondes se propageant à des vitesses différentes C.Grigné - UE Terre Profonde 102 III Sismotectonique ◮ Etude des relations entre les séismes, l’activité tectonique et les failles 1) Les séismes 2) Les failles 3) Intensité d’un séisme C.Grigné - UE Terre Profonde 103 III - 1 Les séismes • Séisme : Libération d’énergie, qui peut créer des mouvements destructeurs. • Sismo-tectonique : Etude du mécanisme de rupture de la faille C.Grigné - UE Terre Profonde 104 III - 1 Les séismes t0 • Déplacement de deux blocs séparés par une faille préexistante t1 • Mouvement le long de la faille dû à la tectonique globale 1. Mouvement à distance de la faille, sans rupture : Accumulation de contraintes t2 2. Rupture C.Grigné - UE Terre Profonde 105 III - 2 Les failles Différents types de failles δ Faille normale (45◦ < δ < 90◦ ) C.Grigné - UE Terre Profonde δ Faille inverse (0◦ < δ < 45◦ ) δ Faille décrochante (δ ≃ 90◦ ) 106 III - 2 Les failles C.Grigné - UE Terre Profonde 107 III - 2 Les failles C.Grigné - UE Terre Profonde 107 III - 2 Les failles C.Grigné - UE Terre Profonde 107 III - 2 Les failles C.Grigné - UE Terre Profonde 107 III - 2 Les failles C.Grigné - UE Terre Profonde 107 III - 2 Les failles C.Grigné - UE Terre Profonde 107 III - 2 Les failles C.Grigné - UE Terre Profonde 107 III - 2 Les failles C.Grigné - UE Terre Profonde 107 III - 3 Intensité d’un séisme Définitions variables : • Intensité : mesure des effets sur les hommes, les paysages et les constructions • Magnitude : mesure faite à partir du sismogramme • Moment sismique : mesure faite à partir de la géométrie de la faille C.Grigné - UE Terre Profonde 108 III - 3 Intensité d’un séisme • Etude sur les réactions humaines et les dégâts causés • Echelle de I à XII Les intensités les plus fortes indiquent approxit la position de la faille Intensité Observations I Secousse non ressentie Enregistrée par des instruments II Secousse peu ressentie Perception par personnes au repos III Secousse ressentie Balancement des objets suspendus IV Secousse très ressentie V Secousse forte VI Légers dommages VII Dégâts VIII Dégâts massifs IX Destructions X Destruction générale XI Catastrophe XII Changement de paysage C.Grigné - UE Terre Profonde Détails Tremblements d’objets Chutes d’objets, fissures, réveil Fissures nombreuses, frayeur de beaucoup Larges lézardes, chutes de cheminées Habitations vulnérables détruites Nombreuses constructions détruites Constructions de bonne qualité détruites Toutes constructions détruites, barrages, canalisations Enormes crevasses dans le sol 109 III - 3 Intensité d’un séisme Courbes isoséistes du séisme de Lorient (30/09/2002) C.Grigné - UE Terre Profonde 110 III - 3 Magnitude d’un séisme • Richter (1935) : veut rendre objective la mesure, en utilisant les paramètres donnés par le sismogramme • Plusieurs définitions existent ◮ Magnitude calculée à partir de l’amplitude des ondes M = log A + Q(∆, h) + a T A : amplitude du mouvement du sol (de l’ordre de 10−9 m) T : période de l’onde Q : Fonction corrigeant l’atténuation ◮ Magnitude utilisant la coda (durée) du signal Md = a + b log(tm ) + c log(t2m ) + d ∆ tm : durée du signal a, b, c et d : facteurs empiriques adaptés à chaque région ◮ Ml : magnitude locale C.Grigné - UE Terre Profonde 111 III - 3 Moment d’un séisme • Utilise les paramètres de la faille • D : déplacement moyen le long de la faille • S : surface de la faille • µ : coefficient de rigidité Mo = µ S D Mo donnée en N.m ◮ Relation empirique moment/magnitude : 2 Mw = log Mo − 6 3 C.Grigné - UE Terre Profonde 112 III - 3 Moment d’un séisme • Utilise les paramètres de la faille • D : déplacement moyen le long de la faille • S : surface de la faille • µ : coefficient de rigidité Mo = µ S D Mo donnée en N.m ◮ Relation empirique moment/magnitude : 2 Mw = log Mo − 6 3 C.Grigné - UE Terre Profonde 112
