Mesure de la vitesse de propagation des ondes sismiques dans différentes roches

Liaison avec le programme

Niveau concerné : 1ère S
Partie du programme : Thème 1 - B La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle

Notions, compétences

Notions La différence d’altitude observée entre continents et océans reflète un contraste géologique
Les études sismiques et pétrographiques permettent de caractériser et de limiter deux grands types de croûtes terrestres : une croûte océanique essentiellement formée de basalte et de gabbro et une croûte continentale constituée entre autres de granite.
La croûte repose sur le manteau, constitué de péridotite.

Objectifs et mots clés. La découverte des deux lithosphères est l’occasion de fournir aux élèves les données fondamentales sur les principales roches rencontrées (basalte, gabbro, granite, péridotite).
(Collège et seconde. Première approche de la croûte et de la lithosphère.)
[Limites. L’étude pétrographique se limite à la présentation des principales caractéristiques des quatre roches citées. Bien que l’observation de lames minces soit recommandée, il n’est pas attendu de faire mémoriser par les élèves les critères d’identification microscopique des minéraux].
Convergences. Physique : ondes mécaniques.
Compétences Concevoir une modélisation analogique et réaliser des mesures à l’aide de dispositifs d’expérimentation assistée par ordinateur de propagation d’ondes à travers des matériaux de nature pétrographique différente.

Observer à différentes échelles, de l’échantillon macroscopique à la lame mince, les roches des croûtes océanique et continentale et du manteau.
Comprendre comment des observations fondées sur des techniques nouvelles ont permis de dépasser les obstacles du bon sens apparent.

Matériel

-  Logiciel AUDACITY(gratuit)

Word - 1.1 Mo
FT Audacity


-  Deux piézomètres SORDALAB (prix unitaire : 26.90 euros soit 53.80 pour 2) et adaptateur carte son (29.10 euros). Total pour le montage d’un poste : 82.90 euros.
-  Des élastiques et du ruban adhésif pour fixer les piézomètres au support.
-  Un objet métallique pour réaliser le choc (ex : pince en fer ou cuillère à café).
-  Echantillons : des barres de roches calibrées fournies gratuitement par un marbrier de la région (qui réalise des plans de travail pour les cuisines ou les salles de bain). Longueur de nos échantillons : environ 80 cm mais on peut essayer plus long.

Montage

Protocole

-  Une fois le montage prêt, éviter le bruit dans la salle (conversation, mouvement).
-  Lancer une mesure avec le logiciel AUDACITY.
-  Réaliser 10 à 12 chocs sur le dessus de l’échantillon, à proximité du piézomètre 1 (création d’onde de cisaillement de type S). !!! Veiller à taper de la même façon à chaque choc (même personne pour toutes les expériences).
-  Sans arrêter la mesure avec le logiciel AUDACITY, réaliser 10 à 12 chocs sur le côté de l’échantillon, à proximité du piézomètre 1 (création d’onde longitudinale de type P).
-  Arrêter l’enregistrement.

Résultats obtenus expérimentalement

Validation du modèle et des résultats expérimentaux

- Les résultats ont été montrés à Siegfried Lallemand (université de Cergy) et confrontées à des mesures de terrain


- Mesures obtenues en laboratoire fournies par Siegfried Lallemand :

Basalte océanique des dorsales :
Vp = 5.6 à 6.0 km/s et Vs = 2.92 à 3.4 km/s

Basalte vésiculaire :
Vp = 3.84 à 3.9 km/s et Vs = 1.8 à 2 km/s

Résultats expérimentaux sur la barre de basalte :
Vp = 3.97 km/s et Vs = 2.47 km/s

- Interprétation des données chiffrées (Siegfried) :

Les résultats obtenus sont cohérents avec le type de basalte utilisé dans notre expérience : il s’agit d’une pierre de Volvic déjà métamorphisée, très vésiculaire donc les nombreuses fractures ralentissent la propagation des ondes.

- Conclusions données sur le modèle utilisé (Siegfried) :

Sur les différents types de roches testées, les résultats de vitesse sont de même ordre de grandeur (en km/sec.) que celles des ondes sismiques, malgré la simplicité du montage.

Il est toujours intéressant de vérifier avec le rapport Vp / Vs

Donc montage valide pouvant être utilisé.

Christine Peres et Nathalie Bacquet, lycée Camille Pissaro, Pontoise


Voir aussi : Mettre en évidence la variation de la vitesse des ondes sismiques

Partager

Imprimer cette page (impression du contenu de la page)