Ondes sismiques

Types d'ondes sismiques

La croûte terrestre est constituée de roches solides et se trouve directement sous les continents et les océans. La croûte est séparée en plaques qui peuvent parfois se déplacer l'une contre l'autre avec de grandes quantités de friction entre elles. Ce frottement peut entraîner des vibrations (perturbations) dans la croûte, ce qui est à l'origine des ondes sismiques. Les sismomètres sont des instruments qui peuvent être utilisés pour mesurer la magnitude des tremblements de terre en produisant un sismogramme qui peut être lu pour déterminer l'amplitude et l'intensité des ondes sismiques correspondantes.

Nous aborderons quatre types d'ondes sismiques qui diffèrent par la façon dont elles propagent l'énergie et les milieux dans lesquels elles se déplacent. Ces ondes sismiques peuvent être divisées en deux grands groupes : les ondes de corps et les ondes de surface. Les ondes de corps sont des ondes sismiques qui se déplacent dans les couches internes de la Terre, tandis que les ondes de surface se déplacent uniquement le long de la surface de la Terre. D'après la définition de l'onde sismique, les ondes de surface et les ondes de corps transportent toutes deux de l'énergie à travers la Terre.

Types d'ondes sismiques : Ondes P

Le premier type d'onde sismique que nous allons étudier est l'onde P. Les ondes P ou ondes primaires sont généralement les premières à être ressenties lorsqu'un tremblement de terre se produit. En effet, les ondes P se déplacent le plus rapidement de toutes les ondes générées par un tremblement de terre. Les ondes P sont des ondes de corps puisqu'elles se déplacent le long des couches internes de la Terre à une vitesse d'environ$1500\mathrm{m}/\mathrm{s}$dans l'eau et de$5000\mathrm{m}/\mathrm{s}$dans le granit. Les ondes P peuvent se propager à la fois dans le sol solide et dans l'eau et traverser le noyau interne, le noyau externe et le manteau.

Lesondes P sont également des ondes longitudinales. Cela signifie que le matériau du milieu, à travers lequel passe une onde P, vibrera parallèlement à la direction dans laquelle l'onde se déplace. Les ondes P n'ont pas une grande amplitude et leurs effets sur le sol ne sont donc pas graves et ne causent généralement pas beaucoup de dégâts. En raison de leur nature longitudinale, les ondes P provoquent la compression et l'expansion des matériaux lorsqu'elles se déplacent dans le milieu.

Types d'ondes sismiques : Ondes S

Les ondes secondaires ou ondes S sont des ondes sismiques qui se déplacent à une vitesse d'environ 50 à 60 % de la vitesse des ondes primaires. Leurs effets ne se font donc sentir qu'après les effets des ondes P lors d'un tremblement de terre. Les ondes S sont également classées comme des ondes de corps car elles se déplacent le long des couches internes de la Terre. Les ondes S ne peuvent pas traverser l'eau et ne peuvent traverser que des matériaux solides , et donc uniquement le manteau.

Lesondes S sont des ondes transversales. Cela signifie que le matériau du milieu se déplace d'un côté à l'autre tandis que l'onde se déplace perpendiculairement au mouvement du matériau. Les ondes S ont une amplitude plus grande que les ondes P et leurs effets sont ressentis plus sévèrement et peuvent causer des dommages plus importants. Les ondes S provoquent un cisaillement dans le matériau du milieu de propagation.

Types d'ondes sismiques : Ondes de Rayleigh

Les ondes de Rayleigh sont des ondes sismiques qui se déplacent à une vitesse de 80 à 90 % de la vitesse des ondes S. Les effets de ces ondes se font généralement sentir peu de temps après le passage de l'onde S. Les ondes de Rayleigh sont créées par une combinaison de mouvements transversaux et longitudinaux. Les matériaux de la Terre se déplacent le long de trajectoires circulaires tandis que l'onde elle-même se propage dans une direction perpendiculaire au plan de ces cercles.

Les effets sont beaucoup plus dangereux que les ondes primaires et secondaires puisque les ondes de Rayleigh sont classées comme des ondes de surface. La nature circulaire du mouvement des matériaux de surface signifie que le sol monte et descend au fur et à mesure que l'onde de Rayleigh se déplace. Cela signifie qu'elles transportent toute leur énergie le long de la surface de la Terre et qu'elles peuvent provoquer des secousses et des dégâts importants.

Types d'ondes sismiques : Les ondes d'amour

Les ondes de Love sont les dernières des ondes sismiques. Elles se déplacent plus lentement que les ondes S ou P, mais légèrement plus vite que les ondes de Rayleigh. Les ondes de Love sont transversales et le matériau de la surface de la Terre se déplace perpendiculairement à la direction du mouvement de l'onde, avec une amplitude qui est parallèle à la surface. Les ondes de Love sont classées comme des ondes de surface et leur énergie peut être immédiatement transférée aux bâtiments et aux objets sur le sol. Les ondes de Love peuvent causer les plus grandes destructions et les plus grands dégâts en dehors de l'épicentre d'un tremblement de terre.

Diagrammes des ondes sismiques

Le diagramme ci-dessous montre les compressions et les raréfactions des ondes P qui correspondent à des ondes longitudinales. On peut voir que les matériaux vibrent dans la même direction que le mouvement de l'onde.

Représentation d'une onde sismique primaire (onde P) dans laquelle les particules oscillent dans une direction parallèle à celle du mouvement de l'onde (de gauche à droite). Les ondes P peuvent traverser les solides et les liquides, adapté de l'image de Davezelenka CC BY-SA 4.0

Le diagramme ci-dessous montre la nature transversale des ondes S qui font vibrer les matériaux dans une direction perpendiculaire à la direction du mouvement de l'onde. Les ondes S et les ondes P se déplacent sous la surface de la Terre.

Représentation d'une onde sismique secondaire (onde S) où les particules oscillent perpendiculairement (de haut en bas) à la direction du mouvement de l'onde (de gauche à droite). Les ondes S ne peuvent traverser que les solides, adapté de l'image de Davezelenka CC BY-SA 4.0

L'image suivante représente une onde de Rayleigh qui contient les propriétés des ondes longitudinales et transversales, avec des matériaux se déplaçant sur des trajectoires circulaires dans des plans perpendiculaires à la direction du mouvement de l'onde.

Illustration d'une onde sismique de Rayleigh où les matériaux vibrent dans des cercles situés dans des plans perpendiculaires à la direction du mouvement de l'onde. Les ondes de Rayleigh sont plus dangereuses que les ondes P et les ondes S, Wikimedia Commons CC 1.0

L'onde de Love est représentée sur le schéma ci-dessous et indique que l'onde est transversale, la matière se déplaçant perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde. L'amplitude de la matière est parallèle à la surface. Lesondes de Love et les ondes deRayleigh se déplacent à la surface de la Terre.

Schéma d'une onde de Love qui montre que la direction du matériau vibrant est perpendiculaire à la direction du mouvement de l'onde. L'amplitude de l'onde est parallèle à la surface de la Terre, Wikimedia Commons CC 4.0