Informations générales

Il s’agit ici d'une activité préalable à l'étude du modèle PrEM (Préliminary Earth Model) par l'analyse de sismogrammes.

On démarre très simplement à partir de séismes survenus localement sur le Piton de la Fournaise et pour voir ensuite comment se propagent les ondes sismiques. On se projette alors plus loin avec l’étude de l’arrivée, à la Réunion, d’un séisme de la dorsale ouest indienne et d’un téléséisme. Par la suite l’élève est amené à comprendre que plus le séisme est lointain, plus les ondes se propageront à grande vitesse, préalable à la compréhension du modèle PrEM.

Cette activité sera utilement prolongée par une étude du modèle PrEM qui permettra d'expliquer la différence de vitesse apparente entre les téléséismes et les séismes régionaux et locaux.

L’activité proposée est divisée en 3 temps. Le duo gagnant est d’associer Seisgram2k (pour analyser les sismogrammes) à Google Earth (pour repérer les stations sismiques de La Réunion). Cela permet de mettre en œuvre le travail proposé.
Le logiciel Seisgram2k permet également d'observer les données des sismos en direct ou de travailler sur des sismogrammes plus anciens. Il a l’avantage d’être assez simple d’utilisation et réactif. C’est un programme écrit en Java qui fonctionne donc sur toutes plates-formes ayant un Java® à jour. Seisgram2K offre en outre de nombreuses options qui ne demandent qu’être découvertes si on veut aller plus loin mais sans obligation (spectre, dérivation du signal, ...)

Déroulé de l'activité

Le but de cette activité est de mettre en évidence l’augmentation de la vitesse des ondes sismiques avec la distance épicentrale.

Le travail proposé permet, en 2h avec un groupe réactif, de comprendre le travail de base sur les sismogrammes pour appréhender plus tard les interprétations sur les temps de parcours en profondeur qui permettent d’établir le modèle sismique de la Terre (PrEM). L’idée est de partir de la manipulation de sismogrammes, de leur faire déterminer des temps de parcours (temps d’arrivée-temps de survenu), de calculer des distances épicentrales et de confronter cela à plusieurs séismes.

Premier temps : Étudier les ondes sismiques produites par un effondrement dans le Dolomieu en 2014

Attention, on n'étudie pas ici l'effondrement majeur du Dolomieu lors de l'éruption de 2007 mais bien d'un effondrement mineur, comme il s'en produit régulièrement, ayant eu lieu le 27 janvier 2014.

L'objectif est ici de montrer le décalage d'arrivée des ondes aux stations sismiques situées dans l'île en fonction de la distance avec l'événement déclencheur. Les élèves sont amenés à comprendre la propagation des ondes sismiques et à en mesurer la vitesse. La vidéo suivante explique comment faire. A noter que sur les ondes issues de l'effondrement du Dolomieu, la proximité très grande des stations avec le point de rupture ne laissait pas le temps aux trains d'onde P et S de bien se séparer sur le sismogramme.

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Deuxième temps : Étudier les ondes sismiques produites par un séisme local

Les séismes locaux sont situés à quelques dizaines de kilomètre de l'île de la Réunion. A cette distance, les ondes P et S sont aisément identifiables car le décalage à l'arrivée sur le sismomètre est nettement observable. On étudie ici le séisme du 3 juillet 2013. Cela permet de se familiariser avec l’idée que les P vont plus vite que les S. La vidéo suivante explique comment faire.

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Troisième temps : Étudier les ondes sismiques produites par un séisme lointain et un séisme régional

L'objectif est ici de comparer la vitesse apparente d'arrivée des ondes entre un séisme lointain et un séisme régional (~1000km). Le site de l'USGS permet ici de retrouver le séisme (localisation et heure exacte) à l'origine des ondes observées. Google Earth permet alors de calculer la distance entre l'épicentre et la Réunion. Seisgram2k permet de connaître l'heure d'arrivée des ondes à la Réunion (et donc la durée du trajet).

Le calcul de la vitesse apparente aboutit à une vitesse bien supérieure pour le séisme lointain. Il est alors important de poser des hypothèses explicatives. Les élèves parviennent généralement à poser deux hypothèses : elles transitent en profondeur (trajet diminué) ET / OU elles accélèrent avec la distance.

A ce stade, on en reste à des hypothèses. Des travaux ultérieurs permettront de montrer que les ondes P et S traversent le globe en profondeur et que leurs vitesses est augmentée par les variations de composition et de densité des couches concentriques (ce qui permettra de construire le modèle PREM). La vidéo suivante explique comment faire.

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Place dans les programmes

Première spécialité SVT : Activité introductive à la notion « Les informations tirées du trajet et de la vitesse des ondes sismiques permettent de comprendre la structure interne de la Terre (croûte – manteau – noyau ; modèle sismique PrEM (Preliminary Reference Earth Model)] »

Compétences travaillées :

• Traiter des données sismologiques : se familiariser avec les sismogrammes (types d’ondes, bruit et signal), déterminer des temps d’arrivées, calculer des distances épicentrales, calculer des vitesses sismiques
• Confronter des résultats expérimentaux à des modèles, construire des modèles simples
• Consulter et exploiter une base de données sismologiques.