PARTIE Observer : ondes et matière CH1 Ondes et particules
AE1 LES ONDES SISMIQUES
Les ondes dans la matière. Ondes sismiques
Compétences exigibles : Extraire et exploiter des informations sur les manifestations des ondes mécaniques dans la matière.
Document 1 : Modélisation de la propagation des ondes sismiques
Quand la Terre tremble, les vibrations se propagent à partir du foyer dans toutes les directions. Elles sont initialement de deux types. Celles qui compriment et détendent alternativement les roches, à la manière d'un accordéon, et celles plus destructrices qui les cisaillent.
Les ondes P, dites primaires car elles sont les plus rapides, vibrent dans leur direction de propagation. Elles sont caractérisées par des zones de compression et de dilation de la matière qu’elles traversent.
Les ondes S, dites secondaires et plus lentes que les ondes P, vibrent perpendiculairement. Elles sont également appelées ondes de cisaillement. Mais les secousses ne s'arrêtent pas là. D'autres ondes succèdent à ces premiers ébranlements. En effet, la Terre n'étant pas homogène, les ondes P et S sont réfléchies, réfractées par les différentes couches. Elles peuvent être aussi guidées par la surface du sol et former alors les ondes de Rayleigh et de Love, dites ondes de surface. Celles-ci arrivent plus tard et se propagent de manière complexe.
Document 2 : Vitesse des ondes P et S en fonction de la profondeur
Document 3 : Tremblement de Terre en France
Le 3 aout 2011 un séisme de magnitude 4,5 s'est produit a proximité de Barjac dans le Gard. Sa profondeur a été estimée à 2 km. Lors de ce séisme des ondes ont atteint 3 sismographes (CIVF, EMCF, AIXF) du réseau CSE de la France dont voici les relevés.
Document 4 : Carte localisant la position de chaque sismographe
Exploitation :
A partir des documents, répondre aux questions suivantes : 1) Dresser un tableau comparatif des ondes Pet S.
2) Mesurer pour chaque sismographe l'heure tP (onde P) et tS (onde S) d’arrivée de ces ondes.
3) On note :
D la distance séparant l'épicentre du sismographe;
t0 l'heure à laquelle se produit le séisme;
vP et vS la célérité de ces ondes.
Déterminer la relation entre D, t0, vP et tP, puis celle entre D, t0, vS et tS.
4) Généralement on ne connaît pas l'heure t0, déterminer alors une relation entre D, vP, vS, tP et tS. 5) Vu la profondeur du séisme donner la valeur de vP et vS. Pourquoi les ondes P subissent-elles des
variations de vitesse ?
6) Calculer alors les distances respectives des sismographes a l'épicentre.
7) Sur la carte, mettre en œuvre une démarche pour localiser l’épicentre d’un séisme. Expliquer.
AE1 LE SISMOMETRE
Compétences exigible :
Pratique une démarche expérimentale mettant en œuvre un capteur ou un dispositif de détection.
Chaque jour, la planète est secouée par des séismes. Certains sont destructeurs, d'autres imperceptibles. Comment les scientifiques arrivent-il à localiser précisément ces tremblements de Terre ?
A Le sismographe vertical
Document 1 : Fonctionnement d'un sismomètre.
Sur le site du CEA, utiliser le lien suivant pour visualiser l'animation concernant le fonctionnement d'un sismomètre : http://www.cea.fr/var/cea/storage/static/fr/jeunes/animation/aLaLoupe/sismometre/animation.htm
Certains sismomètres sont constitués d'une masse assez lourde, fixée à un bras suspendu par un ressort au-dessus d'un bâti solidaire du sol. A l'autre extrémité du bras, une bobine conductrice est plongée dans un aimant, qui repose sur le bâti.
Lorsque le sol tremble, le bâti suit les vibrations provoquées par le passage des ondes sismiques.
Source CEA
1. Comment expliquer que la bobine reste immobile malgré le mouvement du bâti ? 2. Pourquoi choisit-on une masse assez lourde à placer sur le bras ?
3. Que se passe-t-il aux bornes de la bobine lorsque des vibrations apparaissent ?
B - Modélisation d'un sismographe vertical
Document 5 : Liste du matériel disponible.
une bobine
une potence
un ressort
une masse de 50g et un aimant
un système d'acquisition relié à un ordinateur
le logiciel Atelier Scientifique
A l'aide du matériel disponible, proposer un montage permettant de modéliser un sismographe (ou sismomètre) vertical.
Faire le schéma du montage, puis, après accord du professeur, réaliser ce montage et effectuer une acquisition informatisée.
matériel
par table :
une bobine
une potence
un ressort
une boîte de masses marquées
un système d'acquisition relié à un ordinateur
le logiciel Atelier Scientifique
