Définition/Propagation des Ondes Sismiques

  • Séisme : Secousses plus ou moins violentes du sol, dues à la propagation des ondes sismiques, correspondant à la libération brutale de l’énergie accumulée en un point du globe terrestre appelé foyer. 
  • Ondes sismiques : Ondes élastiques qui, à partir d'une impulsion de départ, se propagent vers de nombreuses directions dans le globe terrestre. Ce sont elles qui font ressentir le séisme à proprement parler.

  → Afin de comprendre ce qui se passe dans les bâtiments lors d’un séisme, nous avons dû tout d’abord essayer de comprendre le phénomène des ondes sismiques.

Qu'est-ce qu'une onde sismique?

Les vibrations engendrées par un séisme se propagent dans toutes les directions : ce sont les ondes sismiques. Seule l'onde "avance", cela veut dire que la matière se déforme avant de reprendre sa forme initiale. C’est l'énergie qui se déplace vers "l'avant". Comme toutes les ondes, les ondes sismiques sont caractérisées par leur amplitude, leur période, leur fréquence et leur vitesse de propagation.

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L’onde transporte de l’énergie élastique, qui déforme le milieu qui retourne ensuite à sa forme originelle, au travers de la matière.

On peut enregistrer les ondes sismiques grâce à un sismomètre qui retranscrit les mouvements verticaux et horizontaux du sol à un endroit donné (voir partie Mesures et caractéristiques).

Un séisme produit différentes ondes qui ont une vitesse et un mode de propagation différents :

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Les ondes de volume 

Ces ondes se propagent généralement à l'intérieur du globe à partir du foyer du séisme. Leur vitesse de propagation dépend du matériau traversé, celle-ci augmente avec la densité. Ainsi, les ondes sismiques vont en général plus rapidement en profondeur car la densité des matériaux augmente lorsqu'on descend vers le centre de la Terre (la gravité devenant plus forte).

Il existe deux types d'ondes de volume:

Les ondes P (primaires)

Ce sont les ondes les plus rapides (elles se propagent à plus de 6 km/s dans la Terre) et sont donc celles que l'on peut ressentir ou mesurer les premières. Ainsi, le grondement sourd que l'on entend avant un tremblement de Terre vient de celles-ci. Elles se déplacent en créant successivement des zones de dilatation (où la matière s'étire) et des zones de compression (où la matière se compresse). Elles se déplacent "longitudinalement", c'est-à-dire qu'elles ont une trajectoire rectiligne (comme une droite), ces ondes ne sont pas dangereuses, elles peuvent juste alerter d'un séisme.

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On peut comparer ces mouvements à ceux d’un ressort qu'on étire et compresse:

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Les ondes S (secondaires)

Ces ondes sont plus lentes que les ondes primaires (elles se propagent à plus de 4 km/s dans la Terre). Elles se propagent dans les roches et les autres milieux solides mais pas dans les milieux fluides, comme le noyau liquide de la Terre. Elles cisaillent les roches perpendiculairement à leur direction de propagation, comme une vague ou une sinusoïde.

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On peut comparer ces mouvements à ceux d’une corde:

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Les ondes de volume, se déplaçant à l'intérieur de la Terre, se propagent comme toutes les autres ondes: elles peuvent être déviées à chaque changement de milieu, au passage manteau-noyau par exemple, de sorte qu'elles suivent des trajets très complexes à l'intérieur de la Terre. Leur temps de parcours dépend donc de ce trajet, dont la distance varie et elles n'arrivent pas toutes en même temps au même endroit. Ces ondes sont peu destructrices mais elles sont intéressantes pour les sismologues pour localiser le foyer et étudier la structure interne de la terre.

Les ondes de surface: les ondes destructrices

Les ondes de surface ne se propagent que dans la partie superficielle de l’écorce terrestre, à la surface de la Terre (comme leur nom l'indique) et sont donc à l’origine de la plupart des destructions constatées à la surface du sol. Les ondes de surface sont moins rapides que les ondes de volume et leur amplitude est plus grande, ce qui les rend plus destructrices. Ce sont principalement ces ondes qui sont la cause de la destruction des bâtiments.

On distingue deux principaux types d'ondes de surface:

Les ondes de Love L:

Découvertes par Augustus Edward Hough Love, celles-ci déplacent le sol d'un côté à l'autre dans un plan horizontal, perpendiculaire à leur direction de propagation. Elles sont la cause de nombreux dégâts aux fondations des édifices non parasismiques.

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Les ondes de Rayleigh R:

Découvertes par John William Strutt Rayleigh, elles ont une propagation très complexe à la fois avec des mouvements verticaux et horizontaux. En effet, elles ont une allure générale de vague, avec en plus un mouvement elliptique à l'intérieur, comme une poussière portée par la vague. Les vibrations engendrées par ces ondes peuvent durer plusieurs minutes.

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