Ondes sismiques: ondes primaires, secondaires et de surface

Après avoir lu cet article, vous en apprendrez davantage sur les ondes sismiques primaires, secondaires et de surface.

Le mouvement des vagues est un mouvement familier observé par nous. Lorsqu'une pierre est jetée dans un bassin, la surface de l'eau est perturbée à l'endroit où la pierre frappe et les ondulations se déplacent vers l'extérieur à partir du point de perturbation. Ce train d'ondes est produit par le mouvement des particules d'eau au voisinage des ondulations.

Cependant, l'eau ne coule pas vraiment dans la direction dans laquelle les ondulations se déplacent. Par exemple, un liège placé à la surface bougera de haut en bas mais ne s'éloignera pas de sa position d'origine. La perturbation est transmise de manière continue par les brefs mouvements de va-et-vient des particules d’eau, qui communiquent un mouvement aux particules plus loin.

De cette façon, les vagues entraînent l’énergie de la surface brisée, où les pierres ont été larguées, jusqu’au bord de la piscine où elles se brisent avec force. Les mouvements des tremblements de terre sont assez analogues. La secousse que nous ressentons est la vibration des roches élastiques par l’énergie des ondes sismiques.

Lorsqu'un corps élastique, tel qu'une roche, est frappé d'un coup, deux types d'ondes élastiques sont produits et ces ondes sortent de la source. Le premier type d'onde a exactement les mêmes propriétés physiques qu'une onde sonore.

Les ondes sonores sont transmises par des compressions alternées (poussées) et des dilatations (tirées) dans l'air. Comme les liquides et les roches, comme les gaz, peuvent être comprimés, le même type de vagues se propage dans des étendues d'eau telles que les océans et les lacs, ainsi que dans la terre solide.

Lors de tremblements de terre, les ondes de ce type sont transmises vers le même sens vers l'extérieur dans toutes les directions depuis la rupture de la faille, comprimant et dilatant alternativement la roche à travers laquelle elles se déplacent. Les particules de la roche se déplacent d'avant en arrière dans la direction de propagation de ces ondes, c'est-à-dire qu'elles se déplacent perpendiculairement au front d'onde.

Le déplacement en avant et en arrière est l'amplitude de l'onde. En sismologie, ce type d'onde s'appelle onde P ou onde de pression ou onde primaire ou onde longitudinale. L'onde P est une onde corporelle rapide qui se propage à l'intérieur de la Terre et arrive en premier à la station d'enregistrement.

Cette vague peut traverser un liquide ou un gaz; dans les roches solides, sa vitesse est plus grande à des profondeurs plus grandes, là où les roches sont plus élastiques. Pour cette raison, il peut voyager plus rapidement dans les bassins océaniques que dans les masses continentales. La vitesse de l’onde P va de 5, 5 à 13, 8 km par seconde.

Contrairement à l’air qui peut être comprimé mais non cisaillé, les matériaux élastiques permettent à un deuxième type d’onde de se propager, qui cisaille et tord le matériau. Lorsqu'elle est produite par un tremblement de terre, cette onde s'appelle onde S, onde secondaire, onde de cisaillement ou onde transversale. Le comportement de la roche lors du passage de l’onde S est très différent de celui de la roche.

En effet, les ondes S impliquent un cisaillement plutôt que la compression et les ondes S déplacent les particules de la roche transversalement à la direction de propagation. En raison de l'onde S, les mouvements de la roche peuvent être dans un plan vertical ou horizontal et ces ondes sont similaires aux mouvements transversaux des ondes lumineuses.

Les solides, les liquides et les gaz résistent aux changements de volume lorsqu’ils sont comprimés et reviennent élastiquement lorsque la force est supprimée. Par conséquent, les ondes P qui sont des ondes de compression peuvent voyager à travers tous ces matériaux.

Inversement, Les ondes S secouent les particules perpendiculairement à leur direction de déplacement. Contrairement aux ondes P, qui modifient temporairement le volume du matériau intermédiaire en le comprimant et en l'élargissant alternativement, les ondes S modifient temporairement la forme du matériau qui les transmet.

Étant donné que les fluides (gaz et liquides) ne répondent pas de manière élastique aux changements de forme, ils ne transmettent pas les ondes S. Ce contraste marqué dans les propriétés des ondes P et S peut être utilisé pour détecter la présence de zones de liquide dans les profondeurs de la terre.

L'onde S est une onde corporelle plus lente que l'onde P. En voyageant à travers l’intérieur de la Terre, c’est la seconde arrivée au poste d’enregistrement. Cette vague a une vitesse de 3, 2 à 7, 3 kilomètres par seconde. (L'action combinée des ondes P et S qui se produisent lors de tremblements de terre produit de tels effets, absents du comportement physique du son ou de la lumière.

Un troisième type d'onde formé par un tremblement de terre est l'onde L ou une onde longue ou une onde de surface. Ces ondes sont des ondes complexes, sinueuses et ondulatoires qui parcourent la surface de la terre. Lorsque les vagues de surface se déplacent sur le sol, elles provoquent le déplacement du sol et de tout ce qui le recouvre, un peu comme si la mer grossissait en jetant un navire.

En plus de leur mouvement de haut en bas. Les ondes de surface ont également un mouvement latéral dans un plan horizontal. Ce dernier mouvement est particulièrement dommageable pour les fondations des structures. Cette vague peut avoir assez d’énergie pour faire plus d’une fois le tour de la Terre. La vitesse de l'onde de surface est de 4 à 4, 4 km par seconde, en fonction de la densité de la roche.

Diagramme montrant la différence entre les heures d'arrivée des ondes P, S et L à un B. sismographique

Vélocités des ondes P et S:

La vitesse des ondes P dépend à la fois du module de masse et du module de cisaillement de la roche. En effet, les ondes P impliquent à la fois une compression du milieu et un cisaillement.

La vitesse de l'onde P est donnée par,

Les différentes vitesses des ondes P et S peuvent être utilisées pour localiser le foyer F d'un séisme. Etant donné que l'onde S se déplace plus lentement que l'onde P, la différence de temps d'arrivée entre les ondes P et S est proportionnelle à la distance entre la station et le séisme. Le point d'origine des vibrations est le foyer et le point situé directement au-dessus de la surface correspond à l'épicentre.