SÉISMES ET SISMOLOGIEOndes sismiques

La sismologie est l'art d'interpréter les enregistrements de mouvements du sol générés par les séismes (tremblements de terre). Pour le non-spécialiste, les séismes sont assimilés aux catastrophes qu'ils occasionnent. Pour le sismologue, ils ont bien d'autres facettes. Ils permettent notamment de sonder les structures profondes de la Terre et d'étudier son fonctionnement interne. La plupart des mouvements sismiques ne sont pas ressentis par l'homme et seuls des instruments très sensibles – les sismomètres – peuvent les détecter. On peut fixer les débuts de cette sismologie dite instrumentale à la fin du xix^e siècle.

Pour comprendre l'origine et la nature des mouvements sismiques, il faut étudier les forces qui les ont engendrés ainsi que les propriétés des matériaux terrestres qui permettent d’expliquer pourquoi et comment les mouvements sismiques se propagent sous forme d'ondes à travers la Terre entière.

En sismologie, une propriété essentielle des matériaux solides constituant la Terre est leur élasticité. Un solide est dit « élastique » si la déformation que provoque l'application d'une force disparaît une fois cette force ôtée. C'est le cas d'un ressort qui reprend sa longueur initiale après relâchement de la force qui l'étirait ou le comprimait. Lorsqu'un milieu élastique entre en mouvement, l’inertie du milieu intervient et on est face à une question qualifiée de dynamique en physique. Un diapason qui résonne après avoir été frappé, un bloc de gelée qui oscille dans une assiette, un bâtiment vacillant sous l'effet d'un séisme, voilà autant d'exemples de comportement dynamique de corps solides élastiques.

Le passage d'une onde sismique déforme les roches de façon infime, même lorsque le mouvement et l'accélération du sol sont importants. Les petites déformations créées par un passage d'ondes sismiques relèvent d’un comportement élastique. Toutefois, de petits défauts dans l’élasticité des roches entraînent une légère dissipation d'énergie qui provoque une décroissance de l'amplitude des ondes au cours de leur propagation.

Les ondes sismiques

Deux types de déformations existent dans un solide élastique. Selon que l'on comprime un objet ou qu'on le déforme en le cisaillant, deux types d'ondes sismiques leur sont associés. Les ondes P (dites ondes primaires) sont des ondes de compression-décompression, à l’image du son dans l’air ; le mouvement associé se trouve dans la direction de propagation de l'onde. Les ondes S (dites ondes secondaires) sont des ondes de cisaillement qui se propagent plus lentement ; le mouvement associé est perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde. Les ondes S et P sont des ondes dites de volume car elles se propagent dans les profondeurs de la Terre.

Les ondes P et S émises lors d'un séisme interagissent avec les structures qu'elles rencontrent. L’obstacle le plus marqué qu’elles puissent rencontrer est tout simplement la surface du sol. Cette dernière agit comme un miroir qui renvoie vers le bas les ondes sismiques provenant des profondeurs. L’interaction complexe des ondes sismiques avec la surface donne naissance à une série d'ondes diffractées qui se déplacent parallèlement à la surface de la Terre. Ce sont les ondes dites de surface (soit de type Rayleigh, soit de type Love) qui arrivent après les ondes de volume P et S, plus rapides. Après de très gros séismes, toutes les ondes sismiques interfèrent et finissent par faire entrer en résonance la Terre entière. Le globe terrestre vibre alors un peu comme un diapason, mais à des fréquences beaucoup plus basses. La fréquence d'oscillation de la Terre la plus basse est de l'ordre de 0,3 millihertz (environ 54 minutes de période), alors qu'un diapason standard sonne le la en oscillant à 440 hertz (Hz).

Différentes ondes sismiques

Ce sismogramme, enregistré à plus de 5 900 kilomètres de l'épicentre d'un séisme de magnitude 7,7 survenu le 25 mars 1998 dans les îles Balleny près de la côte Antarctique, montre les arrivées successives des ondes de volume P et S, puis de l’onde de surface de Rayleigh. Cet... 

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Spectre des vibrations sphéroïdales de la Terre dues à un séisme

Lors du grand séisme de Sumatra qui a eu lieu le 26 décembre 2004, la vibration de la Terre la plus basse (à gauche), notée 0S2, a été bien excitée du fait de la forte de magnitude (Mw = 9,2) de ce tremblement de terre. Sa fréquence est de l'ordre de 0,3 mHz (miliHertz), ce qui... 

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Les ondes sismiques engendrées par un séisme ainsi que les oscillations globales de la Terre provoquées par les plus gros séismes sont riches de nombreuses informations, tant sur les processus qui sont à l’origine de ces ondes que sur les structures internes de la Terre. Les deux grands domaines d'application de la sismologie, celui des sources sismiques et celui des structures profondes, recouvrent de nombreux aspects de la recherche fondamentale ou appliquée en géosciences. Ils sont notamment source de nombreuses techniques pour la gestion des ressources énergétiques fossiles, et, évidemment, pour l'étu [...]

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Sismicité mondiale
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Rayons sismiques de type P traversant la Terre
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