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Fév 09 2015

Mesure de la vitesse de propagation des ondes sismiques sur le terrain

terrain

 

Auteur : Nicolas Esseiva

 

 

Problème : Quelle est la vitesse de propagation des ondes sismiques dans une roche ? Comment peut on la mesurer ?

Cette petite activité montre deux techniques pour tenter d’enregistrer des ondes sismiques sur un banc rocheux. Le but est de mesurer une vitesse de propagation.

Principe général : On dispose de capteurs sismiques type buzzeurs placés directement sur la roche. Par une technique d’enregistrement appropriée, on récupère les sismogrammes qui nous permettront de calculer des vitesses de propagation.

Astuces: Laisser les buzzeurs dans le cache plastique d’origine et fixer avec du mastic le buzzeur sur la roche de façon à le maintenir.

Technique 1: Utiliser les capteurs millivoltmètres et l’interface portable Orphy 🙁voir détail du montage ici)

L’avantage de cette approche est son extrême facilité de mise en œuvre. Les capteurs millivoltmètres sont reliés à des buzzeurs (voir activité correspondante) et l’enregistrement est automatique. De retour au laboratoire, on visualise les enregistrements.

Pour l’instant, cette démarche reste infructueuse en raison de l’échantillonnage logiciel.

 

Technique 2: Utiliser les buzzeurs directement connectés à la carte son de l’ordinateur: (pour plus de détails, voir ici).

Cette approche donne des résultats tout à fait intéressants: plusieurs séries de mesures ont été effectuées.

Protocole: Deux buzzeurs sont collés sur le massif rocheux. L’impact a lieu entre les 2 capteurs. Les distances d1 et d2 sont connues. La différence de temps d’arrivée des ondes sous le capteur 1 et 2 est mesurée sur l’enregistrement.

 

Schéma du montage :

montage

Résultats: Il est très facile de mesurer la différence de temps d’arrivée des ondes (delta t); on répète bien évidemment les mesures; on recommence la manipulation en changeant les distances. Le calcul de la vitesse : V= (d2-d1)/delta t

sismogramme

Voici un tableau récapitulatif des résultats:

 

Enregistrement
d2-d1 (mètres)
delta t mesuré

vitesse

1
1,5 m
780 millionième de seconde
1923 m/s
2
1,5
798
1879 m/s
3
1,5
750
2000m/s
4
0,8 m
356 millionième de seconde
2247 m/s
5
0,8
424
1886 m/s
6
0,8
406
1970 m/s
Moyenne
1984 m/s

Les mesures de delta t s’exprimant en millionième de seconde, on comprend l’intérêt du logiciel audacity pour ces mesures; il échantillonne effectivement dans cette gamme d’intervalle de temps.

L’homogénéité des résultats dans une même série et entre les séries permet de confirmer leur pertinence; enfin, il n’est pas étonnant que les mesures ne correspondent pas aux valeurs mesurées pour les ondes s (le choc appliqué dans cette manipulation génère en effet de telles ondes) puisque ces valeurs sont prise sur un échantillon de roche (un calcaire) et ne correspond pas à une moyenne des vitesses dans la croûte terrestre.

 

Rubrique photos :

Quelques images de la mise en œuvre de la manipulation sur le terrain :

Mise en place des capteurs sismiques sur le banc rocheux .

carnaval 001
Les différents capteurs sont collés au mastic sur la roche et reliés à la carte son de l’ordinateur.

carnaval 008

Un choc violent est appliqué entre les 2 capteurs.

carnaval 009