Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
S

sismologie (suite)

Les ondes engendrées par des chocs artificiels (au moyen de charges explosives en général) ne sont pas foncièrement différentes, en principe, des ondes sismiques naturelles. Elles ont l’avantage de se propager à partir d’un foyer connu a priori et choisi géographiquement en fonction des investigations poursuivies, mais dont la profondeur reste assez réduite, la charge explosive étant enterrée près de la surface, disposée dans des puits ou des galeries de mines, etc. Leur mise en action s’est développée pour l’étude de la croûte et de sa jonction avec le manteau, et pour l’élucidation des problèmes que posent les racines des montagnes. On opère souvent par profils sismiques s’étendant sur plusieurs centaines de kilomètres. C’est là une des méthodes types de la sismologie expérimentale. Dans le cas d’une explosion nucléaire, les ondes émises se comportent à grande distance d’une façon peu différente de celle d’ondes naturelles. Les vibrations propres, naturelles de la Terre peuvent aussi être ainsi excitées. Une question controversée est celle des interactions possibles entre de telles explosions et le déclenchement qu’elles seraient susceptibles de provoquer relativement à des séismes naturels « potentiels ».

Se rattachant à la sismologie expérimentale, rappelons les méthodes de prospection* sismique qui ne mettent en jeu que des énergies relativement faibles.


Sismométrie

L’enregistrement des séismes faibles ou lointains demande : 1o le choix d’un site non perturbé (où sera établi l’observatoire ou la station sismique) ; 2o l’installation d’appareils très sensibles aux vibrations naturelles du sol (protégés des vibrations parasites environnantes), les sismographes.

Le principe fondamental d’un sismographe est fondé sur les propriétés des forces d’inertie. Sauf là où un séisme peut être destructeur, les mouvements du sol lors du passage des ondes sismiques sont en général très petits et demandent de plus un repère non lié rigidement à eux permettant des mesures absolues. Ils sont, en première approximation, des translations, et un tel repère est fourni indirectement par l’inertie d’une masse importante, rendue mobile avec (au moins) un degré de liberté par rapport à un bâti rigidement lié au sol. Le mouvement relatif qui en résulte, et que l’on peut facilement amplifier, permet de remonter à la composante de la translation dans la direction correspondante.

Très schématiquement, désignant par X l’abscisse de cette composante sismique (mouvement du sol par rapport à une origine « fixe » quelconque) et par x l’abscisse du mouvement relatif défini ci-dessus, ce dernier, hormis l’état de repos, sera en général du type d’un mouvement oscillatoire amorti, dont on pourra observer soit les oscillations propres, soit des oscillations de couplage, suivant que le bâti lui-même sera immobile ou lui transmettra, au contraire, les impulsions d’un séisme. L’équation différentielle du mouvement pourra donc s’écrire (en mettant dans le premier membre ce qui concerne le mouvement propre et dans le second membre ce qui transmet le couplage)

F étant un coefficient d’amortissement, C une constante de rappel, les notations désignant les dérivées premières et secondes, respectivement, des variables x et X par rapport au temps, Ix et IX étant deux coefficients constants qui caractérisent l’inertie du système oscillant vis-à-vis, respectivement, des mouvements en x et en X. Dans le cas le plus simple, on aurait Ix = IX = M, masse de ce système, et

représenterait la force motrice à laquelle serait soumise, dans un référentiel fixe, à l’instant t, la masse M (puisque son accélération absolue serait ). Mais, en fait, la complication introduite par les liaisons entre les deux parties du sismographe (par exemple, le fait que est appliqué, dans un type classique de sismographe, au point de suspension d’une masse pendulaire et non pas à la masse du pendule elle-même) rend les deux termes de la différence précédente plus complexes sans changer fondamentalement leurs significations.

On voit donc que le séisme intervient directement par son accélération instantanée. Cependant, diverses formes sont possibles pour l’exploitation de l’équation précédente. C’est ainsi que l’on peut (en ne prenant comme exemple que trois cas extrêmes) réduire le premier membre à un seul de ses trois termes (en rendant les deux autres quantitativement négligeables). On aura successivement ainsi :
cas 1 : ce qui permet, par intégration répétée, d’avoir une mesure de X par celle de x (un tel sismographe mesurera donc directement les déplacements du sol) ;
cas 2 : ce qui, par intégration simple, permettra une mesure de la vitesse des mouvements du sol, soit
cas 3 : ce qui, sans intégration, donnera directement l’accélération des mouvements du sol

La réponse des appareillages usuellement employés est, en général, complexe, mais, en gros, les sismographes classiques d’observatoire répondent plus ou moins au cas 1 et mesurent donc les déplacements du sol, alors qu’en prospection sismique c’est plutôt du cas 3 que les réalisations s’approchent. On a donc, en fait, des accéléromètres (appelés géophones en prospection sismique).

Une station sismique complète doit, en définitive, assurer la mesure des translations suivant trois axes trirectangles : deux directions horizontales et une direction verticale. On distingue ainsi des sismographes horizontaux et des sismographes verticaux.

Nous n’insistons pas sur la grande variété des possibilités d’amplification et d’enregistrement des signaux détectés par les sismographes. Citons les sismographes électromagnétiques, dans lesquels les mouvements x sont transformés en tensions électriques par un phénomène d’induction. Toutes sortes de transformations des signaux sont ensuite possibles, tels des enregistrements analogiques ou digitaux sur bandes magnétiques, etc.

E. S.