Sciences · Terre et climat
Le sismogramme
Un sismogramme est l’enregistrement des vibrations du sol produit par un sismographe. On y lit l’arrivée successive des ondes P, puis S, puis des ondes de surface ; le délai entre P et S permet de calculer la distance du séisme.
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Lors d’un séisme, l’énergie libérée par la rupture des roches se propage dans toute la Terre sous forme d'ondes sismiques. Des stations réparties dans le monde les enregistrent en continu. Savoir lire un sismogramme est une compétence travaillée au collège (4e en France) et au lycée : elle permet de localiser un séisme, d’estimer sa magnitude et même de connaître l’intérieur de la Terre.
Le principe du sismographe
Le principe historique repose sur l'inertie (voir inertie) : une masse lourde suspendue à un ressort ou à un fil reste presque immobile quand le sol bouge, tandis que le bâti de l’appareil, fixé au sol, vibre avec lui. Un stylet relié à la masse trace sur un cylindre en rotation, solidaire du sol, une ligne qui enregistre le mouvement relatif.
Les sismomètres modernes sont électroniques et numériques, mais le principe de la masse inerte demeure. Une station complète enregistre trois composantes du mouvement : verticale, nord-sud et est-ouest.
Les trois types d’ondes
| Onde | Nom | Vitesse dans la croûte (ordre de grandeur) | Mouvement du sol | Traverse les liquides ? |
|---|---|---|---|---|
| P | Premières, ondes de compression | Environ 6 km/s | Compression-dilatation dans le sens de propagation | Oui |
| S | Secondes, ondes de cisaillement | Environ 3,5 km/s | Mouvement perpendiculaire au sens de propagation | Non |
| L et R | Ondes de surface (Love, Rayleigh) | Un peu plus lentes que les S | Mouvements horizontaux ou roulants, comme une houle | Se propagent en surface |
Les ondes de surface ont la plus grande amplitude et causent l’essentiel des dégâts. Le fait que les ondes S ne traversent pas le noyau externe a permis de montrer qu’il est liquide (voir structure de la Terre).
Schéma décrit : lire un sismogramme
On dessine un tracé horizontal, avec en abscisse le temps (en secondes ou en minutes) et en ordonnée l’amplitude du mouvement du sol.
- Au début, une ligne presque plate, avec seulement de petites oscillations : le bruit de fond (vent, circulation, houle).
- Brusquement, de petites oscillations rapides apparaissent : c’est l'arrivée des ondes P, notée sur le tracé par une flèche « P ».
- Un peu plus tard, des oscillations plus amples : l'arrivée des ondes S (flèche « S »).
- Ensuite, un train d’oscillations encore plus amples et plus lentes : les ondes de surface.
- Enfin, le tracé s’amortit progressivement et revient au bruit de fond.
Ce que l’on mesure :
- l'heure d’arrivée des ondes P et S ;
- le délai S − P entre les deux arrivées ;
- l'amplitude maximale, qui sert à calculer la magnitude (voir échelle de Richter).
Calculer la distance du séisme
Les ondes P et S partent en même temps du foyer, mais les P vont plus vite. Plus la station est loin, plus l’écart entre leurs arrivées est grand. Avec des vitesses de 6 km/s et 3,5 km/s, on obtient :
distance ≈ délai (S − P) × 8,4 (distance en km, délai en secondes)
En pratique, on utilise des tables ou des courbes temps-distance établies à partir de milliers de séismes, car les vitesses augmentent avec la profondeur.
Localiser l’épicentre par triangulation
Une seule station donne une distance, pas une direction : l’épicentre se trouve quelque part sur un cercle centré sur la station. Il faut donc au moins trois stations :
- on calcule la distance de l’épicentre à chaque station ;
- sur une carte, on trace autour de chaque station un cercle dont le rayon est cette distance (à l’échelle) ;
- les trois cercles se coupent en un point (ou une petite zone) : c’est l'épicentre.
Aujourd’hui, des centaines de stations et des calculs informatiques localisent un séisme en quelques minutes, ce qui permet de déclencher des alertes, par exemple aux tsunamis.
Erreurs fréquentes
- Confondre foyer et épicentre : le foyer est en profondeur, l’épicentre en surface.
- Croire que les ondes S arrivent en premier : « P » comme premières, « S » comme secondes.
- Penser que l’amplitude du tracé suffit pour la magnitude sans tenir compte de la distance : une station proche enregistre de grandes amplitudes même pour un séisme modéré.
- Localiser avec une ou deux stations : il en faut au moins trois.
Exercice corrigé
Énoncé. Une station enregistre l’arrivée des ondes P à 10 h 15 min 20 s et celle des ondes S à 10 h 15 min 45 s. On prend vP = 6 km/s et vS = 3,5 km/s. Calcule la distance du séisme.
Corrigé.
- Délai S − P : 45 − 20 = 25 s.
- Temps de trajet des P : t = d / 6 ; des S : t = d / 3,5. Donc d / 3,5 − d / 6 = 25.
- d × (1/3,5 − 1/6) = 25, soit d × (0,2857 − 0,1667) = d × 0,119 = 25.
- d ≈ 25 / 0,119 ≈ 210 km.
- Le séisme s’est produit à environ 210 km de la station.
Questions fréquentes
Combien y a-t-il de stations sismiques dans le monde ?
Plusieurs milliers. En France, le Réseau sismologique et géodésique (Résif) coordonne plusieurs centaines de stations. Les données de nombreux réseaux sont partagées librement à l’échelle internationale.
Un sismographe peut-il enregistrer autre chose que des séismes ?
Oui : explosions, essais nucléaires, éruptions volcaniques, glissements de terrain, houle des océans, et même le passage des trains ou la foule d’un stade.
Peut-on prévoir un séisme avec un sismographe ?
Non : il enregistre les séismes qui se produisent. Il est utile pour la surveillance et l’alerte rapide, mais aucune méthode ne permet de prédire avec précision la date d’un séisme.