Objectifs

• Expliquer comment fonctionne un sismographe et ce qu'est un sismogramme.
• Reconnaître les ondes sismiques P, S et les ondes de surface sur un sismogramme.
• Comprendre comment plusieurs stations permettent de localiser l'épicentre.
• Distinguer la magnitude (échelle de Richter) et l'intensité (échelle de I à XII).

1. Le sismographe : l'appareil qui « écoute » la Terre

Notion clé : le principe d'inertie

Un sismographe est un appareil qui détecte et enregistre les vibrations du sol. Le modèle classique comprend :

• un support fixé solidement au sol ;
• une masse lourde suspendue à un ressort : grâce à son inertie, elle reste presque immobile quand le sol tremble ;
• un stylet (une pointe qui écrit) attaché à la masse ;
• un cylindre enregistreur recouvert de papier, fixé au sol, qui tourne lentement.

Quand le sol vibre, le support et le cylindre vibrent avec lui, mais pas la masse. Le stylet, immobile, trace donc sur le papier qui bouge une ligne en zigzag : c'est le sismogramme. Sans séisme, la ligne est presque droite.

À toi : légende le sismographe

Place chaque nom sur la bonne partie de l'appareil.

2. Lire un sismogramme : les ondes sismiques

Notion clé : trois types d'ondes

Le séisme naît en profondeur, au foyer. Le point de la surface situé juste au-dessus est l'épicentre. Du foyer partent des ondes sismiques qui arrivent aux stations dans cet ordre :

1. Ondes P (premières) : les plus rapides, elles arrivent en premier, avec de petites oscillations.
2. Ondes S (secondes) : plus lentes, elles arrivent ensuite, avec des oscillations plus grandes.
3. Ondes de surface : les dernières, elles ont souvent la plus grande amplitude et causent le plus de dégâts.

La vitesse d'une onde se calcule comme celle d'une voiture :

avec \(d\) la distance parcourue (en km), \(t\) la durée (en s) et \(v\) la vitesse (en km/s).

flowchart LR
A[Foyer du séisme] --> B[Ondes P rapides]
A --> C[Ondes S plus lentes]
B --> D[Station sismique]
C --> D
D --> E[Sismogramme]
E --> F[Écart entre P et S]
F --> G[Distance au séisme]

Exemple résolu : quel retard entre les ondes P et S ?

Une station sismique de Ouagadougou se trouve à \(120\ \text{km}\) d'un séisme. Dans cet exercice, on prend des vitesses simplifiées : \(v_P = 6\ \text{km/s}\) et \(v_S = 4\ \text{km/s}\). Quel est le retard des ondes S sur les ondes P ?

À toi : avec les mêmes vitesses, une autre station mesure un retard de \(5\ \text{s}\). Est-elle plus proche ou plus loin que celle de Ouagadougou ? À quelle distance se trouve-t-elle ? Cherche d'abord.

3. Localiser l'épicentre avec trois stations

Notion clé : la triangulation

Une station connaît sa distance au séisme (grâce au retard entre P et S), mais pas la direction. On trace donc un cercle autour de la station, dont le rayon est cette distance. Avec deux stations, les cercles se coupent en deux points. Avec trois stations, les trois cercles se croisent en un seul point : l'épicentre.

4. Mesurer la force d'un séisme : magnitude et intensité

Notion clé : la magnitude

La magnitude mesure l'énergie libérée au foyer. Elle est calculée à partir de l'amplitude des ondes sur les sismogrammes. L'échelle la plus connue est l'échelle de Richter, proposée par le sismologue Charles Richter en 1935. Elle est « ouverte » : elle n'a pas de maximum fixé.

• Un séisme a une seule magnitude, la même pour toutes les stations.
• Quand la magnitude augmente de 1, l'amplitude des ondes enregistrées est multipliée par 10 et l'énergie libérée est multipliée par environ 32.

Notion clé : l'intensité

L'intensité décrit les effets du séisme en un lieu : ce que ressentent les personnes et les dégâts observés. On utilise une échelle en chiffres romains de I à XII (échelle MSK ou échelle macrosismique européenne EMS-98) :

• I : non ressenti par les personnes ;
• III : ressenti faiblement par quelques personnes au repos ;
• V : ressenti par presque tout le monde, les objets suspendus se balancent, les dormeurs se réveillent ;
• VIII : dégâts importants aux bâtiments ;
• XII : destruction presque totale, le paysage est modifié.

L'intensité est en général plus forte près de l'épicentre et diminue quand on s'en éloigne. Sur une carte, on relie les lieux de même intensité par des courbes appelées isoséistes.

Exemple résolu : comparer deux séismes

Un séisme A a une magnitude de 4, un séisme B une magnitude de 6. Par combien l'amplitude des ondes de B est-elle multipliée par rapport à A ? Cherche d'abord.

Erreurs fréquentes

• Croire que tout le sismographe bouge avec le sol : c'est justement la masse immobile qui permet d'enregistrer le mouvement.
• Confondre foyer (en profondeur) et épicentre (à la surface).
• Penser qu'une seule station suffit pour trouver l'épicentre : elle ne donne qu'une distance, pas une direction.
• Confondre magnitude (énergie, une valeur par séisme) et intensité (effets, variable selon le lieu).
• Croire qu'une magnitude 6 est « deux fois » une magnitude 3 : l'échelle est multiplicative, chaque degré multiplie l'amplitude par 10.

Récapitulatif

Le sismographe utilise une masse inerte pour tracer le sismogramme. On y lit l'arrivée des ondes P, puis S, puis des ondes de surface. Le retard entre P et S donne la distance du séisme ; trois stations permettent de localiser l'épicentre. La magnitude (échelle de Richter) mesure l'énergie libérée, unique pour un séisme ; l'intensité (I à XII) décrit les effets observés en un lieu.