🌋 Les ondes sismiques et l'épicentre
La terre a tremblé, mais personne ne sait où ! Trois stations sismiques ont tout enregistré. Comme un détective, tu vas lire leurs sismogrammes, mesurer le retard des ondes S sur les ondes P, en déduire des distances… et coincer l'épicentre à l'intersection de trois cercles.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Sur chaque sismogramme, les ondes P arrivent en premier : de petites vibrations rapides. Les ondes S, plus lentes, arrivent ensuite avec des oscillations plus grandes.
- Plus une station est loin de l'épicentre, plus les ondes arrivent tard et plus l'écart Δt entre les ondes P et S est grand : les deux ondes partent ensemble, mais les S prennent du retard tout au long du trajet.
- Dans l'encart, l'onde P comprime et dilate le sol dans la direction de propagation (onde longitudinale), tandis que l'onde S le cisaille perpendiculairement à cette direction (onde transversale).
- Un seul cercle ne suffit pas : l'épicentre peut être n'importe où dessus. Deux cercles se coupent en deux points. Il faut une troisième station pour lever le doute.
Expériences à faire
- Quelle station est la plus proche de l'épicentre ? Peux-tu le deviner rien qu'en regardant les sismogrammes ?
- Si Δt = 20 s, à quelle distance se trouve la station ? Et si Δt double, la distance double-t-elle aussi ?
- Trace seulement deux cercles : combien de points communs ont-ils ? Lequel est le bon ?
- Coche « Voir les ondes » sur un nouveau séisme : observe le cercle bleu (P) qui distance le cercle rouge (S). L'écart entre eux grandit-il ?
- Dans ✏️ Mes valeurs, mets les célérités du manteau (vP = 8 km/s, vS = 4,5 km/s) : pour le même séisme, l'écart Δt augmente-t-il ou diminue-t-il ? Refais le calcul de la distance avec ces valeurs.
La physique derrière l'animation
- Une onde sismique est une onde mécanique progressive : une perturbation qui se propage dans la Terre sans transport de matière, avec une célérité qui dépend du milieu.
- Les ondes P (premières) sont longitudinales et se propagent à vP ≈ 6,0 km/s dans la croûte ; les ondes S (secondes) sont transversales, plus lentes : vS ≈ 3,5 km/s. Les ondes S ne traversent pas les liquides.
- Pour une station à la distance d : tP = d / vP et tS = d / vS, donc Δt = tS − tP = d × (1/vS − 1/vP), soit d = Δt × vP × vS / (vP − vS) = 8,4 km/s × Δt. Il n'est même pas nécessaire de connaître l'heure du séisme !
- Triangulation : l'épicentre est à la distance dA de la station A, donc sur un cercle de centre A et de rayon dA. Avec trois stations, les trois cercles n'ont qu'un seul point commun.
- Modèle de l'animation : séisme superficiel (on confond la distance au foyer et la distance à l'épicentre), croûte homogène, sismogrammes synthétiques (amplitudes normalisées, ondes de surface non représentées). Le temps est accéléré 8 fois.
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