Séismes : enregistrer les ondes ET les contraintes.
Modélisation analogique des séismes
Ce que je vais vous proposer est une adaptation de la "machine à séisme" de Matt Kuchta (Assistant Professor of Geology Physics, Wisconsin's Polythecnic University).
Voici une démo de son "earthquake machine" :
Les modifications que j'ai apportées concernent la maquette ainsi que les capteurs et l'interface d’acquisition. Ainsi, le coût passe de 830 $ à 200 € (dont 150 € pour l'interface).
La maquette peut être utilisée, dans un premier temps, sans les capteurs :
- l'allongement du ressort correspond à l'augmentation des contraintes et à l'accumulation d'énergie par déformation élastique
- le glissement et le bruit correspond au séisme.
L'intérêt majeur de cette modélisation analogique réside dans l'enregistrement simultané des contraintes et des ondes mécaniques.
Les courbes obtenues permettent de comprendre ce qui se passe pendant mais aussi, et surtout, avant le séisme.
Télécharger le document
"enregistrer les contraintes et les ondes" (lien Dropbox).
(essai lien Acrobat : cliquez ici)
Exemple de document donné aux élèves (4e) :
"Schéma-bilan : l'origine des séismes"
(cliquez sur l'image ci-dessous, lien Acrobat)
Remarques :
1. J'ai lu sur de nombreux sites qu'une contrainte est une force orientée. Or une contrainte n'est pas une force (unité : Newton) mais est homogène à une pression ( unité : Newton par unité de surface). D'où vient cette erreur ? Sans doute est-ce une erreur de copie du Dictionnaire de géologie de Foucault et Raoult (Masson) qui parle d'une pression orientée.
2. J'ai lu également que "les contraintes s'accumulent". Il me semble que c'est un abus de langage... non ? C'est l'énergie qui s'accumule pendant la déformation élastique des roches et pendant que les contraintes augmentent.
Une contrainte est une grandeur intensive (car c'est le quotient de deux grandeurs extensives : force/surface) et l'accumulation d'une grandeur intensive me paraît étrange.
3. J'ai trouvé de trèèès nombreuses explications qui se dispensent de la notion de contraintes. Comment est-ce possible ? D'autres qui ignorent les déformations élastiques. Comment est-ce possible ? Pour ce dernier cas, voici un exemple : "Les failles".
Liens :
- Sur le Forum National de SVT, akartit indique avoir utilisé avec succès une interface Arduino.
Le blog Arduino indique qu'il ne faut pas tenter de souder le capteur de pression : risque de faire fondre le plastique. Heu ... moi je l'ai soudé, désoudé, resoudé, redésoudé, reresoudé ... et il n'a pas du tout fondu !
- FORMATERRE 2012 : "Modélisation de l'enregistrement, de la propagation et de l'origine des ondes sismiques". Ce document propose, entre autre, une "Modélisation de la charge d'une faille" (page 11)
- Cette page "Expériences et modèles en sismologie" (François TILQUIN et Jean-Noël PUIG) présente un modèle analogique type "patin tracté" et bien d'autres choses encore ...
- Le sismologue Éric Beucler (Université de Nantes) a mis au point en 2007 une machine à séisme destinée aux expositions grand public et aux scolaires (primaires et collégiens).
Il a très gentiment répondu à mes questions : merci pour les conseils et les encouragements !
- Des élèves vont visiter l'Institut de Physique du Globe de Paris : ils y voient une modélisation des séismes nommé le "patin glissant".
- une vidéo pour comprendre la magnitude de moment : Moment magnitude explained. Voir aussi la chaîne de l'IRIS.
- Une vidéo d'Alexandre Schubnel (ENS, Laboratoire de Géologie) : Earthquakes ! In the laboratory...
Un des modèle analogique utilisé est un cylindre de granite coupé en biais (voir la capture d'écran ci-dessous.
