Les éléments de sismologie : origine et types d’ondes sismiques
Foyer, épicentre, ondes P, S et L : comprendre ce qui se passe quand le sol tremble, comme au pied du mont Cameroun.
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Les éléments de sismologie : origine et types d’ondes sismiques
Module III : L’éducation à l’environnement et au développement durableSéquence 13 : La structure et l’énergie internes de la TerreSéance 73 : Les éléments de sismologie : origine et types d’ondes sismiques (TP 17)
💡 Idée principale : un séisme est une vibration brutale du sol provoquée par la rupture de roches en profondeur, le long d’une faille. Depuis le foyer, l’énergie se propage sous forme d’ondes sismiques : les ondes P (compression, les plus rapides), les ondes S (cisaillement, seulement dans les solides) et les ondes L (de surface, les plus destructrices). Les sismographes les enregistrent sur des sismogrammes.
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Étapes résumées
Les roches soumises à des contraintes se déforment puis cassent : rupture le long d’une faille.
Le foyer (hypocentre) est le point de rupture ; l’épicentre est le point de la surface situé à sa verticale.
Ondes P : compression-dilatation, traversent solides et liquides, arrivent en premier.
Ondes S : cisaillement, ne traversent pas les liquides ; ondes L : en surface, lentes et destructrices.
Le décalage S − P permet de calculer la distance de la station à l’épicentre.
Situation problème
En 1999, avant l’éruption du mont Cameroun, les habitants de Buea et de Limbé ont ressenti de nombreuses secousses ; des murs se sont fissurés. Une station sismique installée à Ekona a enregistré chaque secousse sous forme de tracés en zigzag, où l’on distingue plusieurs « trains d’ondes » arrivés les uns après les autres.
Consignes :
Relève les manifestations du séisme décrites.
Où naissent les secousses et comment arrivent-elles jusqu’à Buea ?
Pourquoi le sismographe enregistre-t-il plusieurs trains d’ondes ?
le problèmele sismogrammele sismographe
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Compétence visée
Concevoir un modèle simple de la structure interne de la Terre à partir de l’étude des ondes sismiques.
Objectifs de la leçon
Expliquer l’origine d’un séisme et définir foyer et épicentre.
Distinguer les ondes P, S et L.
Lire un sismogramme et calculer une distance épicentrale (TP 17).
Origine d’un séisme
1. Les éléments d’un séisme
Document 1 : bloc-diagramme d’un séisme.
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Comment se produit un séisme
1
Accumulation
Les mouvements internes de la Terre exercent des forces sur les roches, qui se déforment lentement.
2
Rupture
Quand la résistance est dépassée, la roche casse brutalement le long d’une faille, au foyer.
3
Propagation
L’énergie libérée se propage dans toutes les directions sous forme d’ondes sismiques.
4
Effets
En surface, le sol vibre : fissures, effondrements, glissements de terrain.
2. Mesurer un séisme
Échelle
Ce qu’elle mesure
Exemple
Magnitude (Richter)
énergie libérée au foyer (calculée à partir des sismogrammes)
un séisme de magnitude 6 libère ≈ 32 fois plus d’énergie qu’un séisme de magnitude 5
Intensité (MSK, I à XII)
effets observés en surface en un lieu donné
IV : objets qui vibrent ; VIII : bâtiments endommagés
la géologiel’alerteles dégâts
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Les différents types d’ondes sismiques
Activité 1 : trois façons de faire vibrer la Terre (TP 17 virtuel)
Avec un logiciel de simulation (ou un ressort et une corde), on visualise la propagation des différents types d’ondes (document 2).
Document 2 : mouvement des particules au passage des ondes P, S et L.
Dans quelle direction vibrent les particules au passage d’une onde P ? d’une onde S ?
Quelles ondes ne traversent pas un liquide ?
Ce qu’il faut comprendre : au passage d’une onde P, les particules vibrent dans la direction de propagation : la roche est alternativement comprimée et dilatée ; ces ondes traversent les solides, les liquides et les gaz et sont les plus rapides. Pour une onde S, les particules vibrent perpendiculairement à la propagation (cisaillement) ; elles sont plus lentes et ne traversent pas les liquides. Les ondes L se propagent en surface, très lentement, avec une grande amplitude : elles causent les dégâts.
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Lire un sismogramme
3. Un sismogramme
Document 3 : sismogramme enregistré dans une station proche de l’épicentre.
Exemple guidé : calculer la distance épicentrale
Dans la croûte, vP = 6 km/s et vS = 3,5 km/s. Le sismogramme montre S − P = 20 s. À quelle distance d se trouve l’épicentre ?
Solution : Temps des ondes P : tP = d / 6 ; temps des ondes S : tS = d / 3,5. tS − tP = d (1/3,5 − 1/6) = d × 0,119 = 20 s. d = 20 ÷ 0,119 ≈ 168 km. Avec trois stations, on trace trois cercles : leur intersection donne l’épicentre.
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Le Cameroun et les séismes
La « ligne du Cameroun » (mont Cameroun, monts Bamboutos, Manengouba…) est une zone volcanique où se produisent de petits séismes.
Construire solide (chaînages, fondations), ne pas bâtir sur des pentes instables, connaître les gestes de sécurité : s’abriter sous une table solide, sortir ensuite loin des murs.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
Un séisme est dû à la rupture brutale de roches le long d’une faille.
Le foyer est le lieu de la rupture en profondeur ; l’épicentre est à sa verticale, en surface.
Ondes P : compression, les plus rapides, traversent solides et liquides.
Ondes S : cisaillement, plus lentes, ne traversent pas les liquides ; ondes L : de surface, destructrices.
Le décalage S − P sur un sismogramme permet de calculer la distance épicentrale.
je retiensau Camerounle volcan
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Vocabulaire à connaître
Foyer (hypocentre)lieu en profondeur où les roches cassent.Épicentrepoint de la surface à la verticale du foyer.Sismographeappareil qui enregistre les vibrations du sol.Magnitudemesure de l’énergie libérée par un séisme.Faillecassure le long de laquelle les blocs se déplacent.
Je m’évalue
1. Quelles ondes arrivent en premier à une station ?
2. Quelles ondes ne traversent pas les liquides ?
3. Quelles ondes causent le plus de dégâts ?
4. Que mesure la magnitude ?
Réponses : les ondes P · les ondes S · les ondes L (de surface) · l’énergie libérée au foyer. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisle suivil’énergie (ATP)
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Erreurs fréquentes
Confondre foyer (en profondeur) et épicentre (en surface).
Confondre magnitude (énergie) et intensité (effets en un lieu).
Croire que les ondes S traversent tout le globe : elles sont arrêtées par les liquides.
Méthode
Pour lire un sismogramme : repère le bruit de fond, puis les trois changements d’amplitude (arrivées P, S, L) ; lis les temps sur l’axe, calcule S − P et utilise les vitesses pour obtenir la distance.
Activité d’intégration
Trois stations enregistrent un même séisme : à Douala, S − P = 10 s ; à Bafoussam, S − P = 15 s ; à Yaoundé, S − P = 30 s. On prendra vP = 6 km/s et vS = 3,5 km/s.
Calcule la distance de l’épicentre à chaque station.
Explique comment localiser l’épicentre sur une carte.
Donne trois conseils de sécurité aux habitants de la ville la plus proche.