Auteur : Nicolas Esseiva
Objectifs pédagogiques : Faire comprendre aux élèves le lien entre la fréquence des séismes et leur dangerosité. Simuler le comportement élastique d’une roche et cassant à partir d’une certaine contrainte.
Cette maquette est le résultat d’une longue réflexion (;-))qui a fait suite à la lecture d’un article de La Recherche Avril 2003 n°363 fig2 page 56. Elle se veut facile à mettre en œuvre et peu onéreuse.
Présentation : Un bloc de bois est découpé de façon à mettre en place une faille; cette faille est soumise à des forces de frottement qui peuvent être augmentée en intercalant entre les 2 blocs de bois une allumette (la faille est bloquée). On tire sur un bloc à l’aide d’une ficelle reliée à un ressort (celui ci permet de voir l’accumulation de l’énergie dans les “roches” au fur et à mesure que l’on tire sur le bloc de bois) qui se déforme, s’étire jusqu’à la rupture.
Mise en œuvre :
Une première simulation est réalisée avec un frottement minimal au niveau de la faille. La ficelle est reliée à une perceuse fixée sur la table; cette perceuse comprend un variateur de vitesse qui permet un enroulement progressif de la ficelle. L’enroulement se fait de la façon la plus lente et la plus régulière possible.
On observe alors que la tension s’accumule progressivement dans le ressort (celui ci s’étire) mais assez vite, les tensions sont libérées par le rejeu de la faille; l’énergie libérée engendre un petit mouvement du bloc rocheux mobile, pas assez important pour provoquer la chute des bâtiments. Le système se reproduit une nouvelle fois assez rapidement: avec un faible frottement au niveau de la faille, l’énergie est souvent libérée si bien que les nombreux séismes provoqués sont de faible magnitude.
Si l’on bloque maintenant la faille (en disposant une allumette dans le trou reliant ainsi les 2 blocs de bois) et que l’on recommence l’expérience, on observe une tension bien plus forte qui s’accumule dans le ressort; la rupture est brutale, les bâtiments s’écroulent, le séisme est de forte magnitude.
Construction de la maquette :
Il nous a fallu réaliser plusieurs maquettes avant d’arriver à obtenir le comportement désiré. Les dimensions sont exprimées en cm. Une petite planchette de 2 cm de haut empêche le bloc mobile de tomber lors de son déplacement, le contraignant à suivre la direction de traction.
Précautions : Limiter au maximum les frottements entre les 2 blocs; pour cela raboter au mieux les blocs de façon à obtenir une finition parfaite.
Dans le cas où l’on désire au contraire augmenter au maximum les forces de frottements, nous avons pensé à mettre une allumette qui rend les 2 blocs solidaires à l’image d’une faille qui serait bloquée. Un petit trou a été aménagé dans chacun des blocs (voir flèche).
