Questions fréquentes sur l’enregistrement et l’analyse des séismes

Comment fonctionne un sismomètre ?

Le sismomètre est un appareil capable de détecter de très petits mouvements du sol et de les enregistrer, analogiquement ou numériquement, en suivant une base de temps très précise. L’enregistrement du mouvement de la masse en fonction du temps correspond au sismogramme (il est indispensable d’étudier les mouvements du sol en fonction du temps si l’on veut localiser l’origine d’un séisme). Le sismomètre est en général composé d’un capteur, d’un amplificateur, d’un transducteur et d’un enregistreur.

Un sismomètre est le plus souvent inséré dans un bâti dans lequel la masse d’un capteur oscille en cas de sollicitation sismique. Lorsque le sol bouge, le bâti, qui est solidaire du sol, bouge aussi. Cela provoque un mouvement relatif entre la masse et le bâti. Ce mouvement relatif est amplifié par un système mécanique, mécanique-optique ou électronique, puis enregistré grâce au système d’enregistrement inclus lui aussi dans le bâti.

Les sismomètres modernes comportent également un système d’amortissement (type piston à air, bain à huile, courant de contre-réaction…). Sans amortissement, la masse peut en théorie osciller à l’infini. Dans la pratique, ce n’est pas le cas mais la masse peut continuer à osciller même si le champ excitateur (les vibrations dues au séisme) a disparu. L’amortissement du système permet de remédier à cela.

Par ailleurs, les ondes sismiques qui génèrent les oscillations du sol peuvent avoir des polarisations, c’est-à-dire des directions de vibrations diverses que l’on peut décomposer suivant les trois dimensions qui définissent notre environnement : on considère donc, en général, une verticale et deux horizontales (nord-sud et est-ouest). Selon l’orientation des oscillations de la masse, certains sismomètres sont alors sensibles aux mouvements « horizontaux » et d’autres aux mouvements « verticaux ». Pour mesurer complètement les mouvements du sol, une station sismologique doit alors contenir trois composantes : un sismomètre vertical et deux horizontaux, afin d’obtenir une bonne restitution des vibrations du sol en trois dimensions. Il existe en réalité également des sismomètres capables d’enregistrer plusieurs composantes à la fois (trois composantes orthogonales).

Enfin, selon le type de sismomètre utilisé, les vibrations du sol ne sont pas toujours enregistrées de la même manière. On peut enregistrer le déplacement, la vitesse de déplacement ou l’accélération. Un sismomètre mécanique sera sensible au déplacement, tandis qu’un sismomètre électromagnétique mesurera plutôt une vitesse, comme le définissent les lois régissant l’électromagnétisme. On parle généralement de vélocimètre pour un sismomètre qui mesure la vitesse de déplacement du sol en fonction du temps, et d’accéléromètre pour celui qui enregistre l’accélération du sol. Un accéléromètre a généralement une plus grande dynamique et une plus petite sensibilité qu’un vélocimètre, et est destiné à enregistrer les mouvements forts.

Les sismomètres sont classés en fonction du contenu fréquentiel auquel ils peuvent être sensibles. En effet, tout oscillateur a une bande passante limitée, liée à sa pulsation propre : il ne peut donc pas réagir à toutes les fréquences que peut contenir un signal. C’est pourquoi on trouve des sismomètres dits « courtes périodes » (de 0,1 à 2 secondes), qui sont les plus couramment utilisés ou « moyennes et longues périodes » (de 2 secondes à plusieurs minutes). Aussi, un signal sismique peut comporter des périodes allant de quelques centièmes de seconde à plusieurs minutes. Aujourd’hui, les sismomètres dits « large bande » sont sensibles à une grande gamme de fréquences (de quelques centièmes de seconde à quelques minutes).

Y a t-il d’autres outils que les sismomètres pour identifier un séisme ?

Oui, si vous considérez que l’identification peut se faire longtemps après l’occurrence du séisme. On utilise par exemple des récepteurs GPS pour déterminer le mouvement relatif de différents points. On utilise aussi de plus en plus la géodésie spatiale qui permet de mesurer les déformations du sol en comparant des images satellites prises avant et après le séisme et dans différentes bandes de fréquence. Cela permet de mesurer où et dans quelle mesure le sol s’est déformé après un séisme. On peut également aller directement sur le terrain pour voir la trace de la faille. Mais ces techniques ne fonctionnement que si le séisme est important et proche de la surface. Pour les autres séismes, la sismologie reste l’outil principal, voire unique.

Les données diffusées en temps réel sur les séismes évoluent parfois sensiblement. Pourquoi ?

Les localisations évoluent en fonction du traitement effectué par les analystes sismologues. La première localisation résulte des procédures de détection/localisation automatique des séismes. Elle est vérifiée et éventuellement corrigée par une ou des localisations manuelles : une préliminaire, faite dans la journée ouvrée suivant l’occurrence du séisme, et parfois une deuxième intégrant des données complémentaires et/ou un traitement plus précis.

Quelle est la durée d’un séisme ?

La durée des vibrations sismiques ressentie par les personnes dépend de deux facteurs :

  • la durée d’émission des ondes sismiques lors de la rupture de la faille tectonique (c’est globalement la longueur de la faille divisée par la vitesse de propagation de la rupture, qui est environ de 3 km/s) ;
  • la durée liée, d’une part, à l’étalement des arrivées d’ondes sismiques se propageant à des vitesses différentes (ondes P rapides, ondes S plus lentes, ondes de surface encore plus lentes) et, d’autre part, aux phénomènes de résonance des couches géologiques et des sols situés sous le lieu d’observation qui allongent la durée des vibrations (dans les bassins alluviaux par exemple).

Pour les très gros séismes (magnitude supérieure à 7), la première durée peut devenir importante et son effet se combine avec les effets de propagation et de résonance (effets de site). Pour les petits séismes, la durée des ondes sismiques à la source est très brève. L’effet d’allongement de la vibration vient de la propagation des ondes sismiques et d’éventuels phénomènes de résonance locale.

Quelle est la différence entre magnitude et intensité ?

Si on fait le parallèle avec une ampoule, la magnitude correspond à la consommation électrique de l’ampoule et l’intensité à sa luminosité à un point donné. Il n’existe aucune relation directe entre magnitude et intensité. Deux séismes de même magnitude peuvent avoir des intensités différentes, par exemple s’ils se sont produits à des profondeurs différentes.

La magnitude est une valeur calculée traduisant la quantité d’énergie libérée lors d’un séisme. C’est une grandeur intrinsèque du séisme. Elle ne dépend pas du lieu auquel on l’évalue. L’intensité sismique est une évaluation du mouvement du sol en un lieu à partir des effets produits par le séisme : ressentis par l’homme (réveil, chute d’objets…), dégâts aux constructions, modification du paysage. On parle alors d’effets macrosismiques. L’intensité d’un séisme dépend du lieu d’observation. Elle décroît en général avec la distance par rapport à l’épicentre du séisme, mais elle est également influencée par la structure géologique locale du sous-sol (sables, roches consolidées, bassins sédimentaires, …).

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Dictionnaire des termes de sismologie

L’échelle de Richter a-t-elle une limite supérieure ?

L’échelle de Richter n’a pas de limite puisqu’elle traduit l’énergie libérée par un séisme et que cette énergie est théoriquement illimitée. En pratique, le plus grand tremblement de Terre observé était d’une magnitude de 9.5 sur l’échelle de Richter et s’est produit au Chili en 1960.

A partir de quelle magnitude sur l’échelle de Richter les secousses sont-elles enregistrées ?

Le seuil de magnitude (échelle de Richter) à partir duquel on peut enregistrer un évènement varie en fonction du nombre de stations à proximité de l’évènement et de la sensibilité des instruments.

Résif regroupe l’ensemble des réseaux métropolitains d’observation des mouvements du sol. Grâce à cette antenne géophysique nationale d’étude et d’observation de la Terre, environ 200 sismomètres large bande permanents sont déployés sur l’ensemble du territoire. Un tel réseau, très dense, peut permettre d’enregistrer des évènements de petites magnitudes (inférieures à 1, voire autour de zéro et même parfois des magnitudes négatives car l’échelle de Richter est une échelle de magnitude logarithmique).

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