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Construire une maquette pour modéliser un séisme

Description

Niveau Ecole/Collège/Lycée

Cette maquette peut être réalisée par de bons bricoleurs, toutefois pour les enfants, la présence d'un adulte est préconisée.

Objectif

Manipuler la maquette proposée peut répondre au problème suivant :
Quels événements se succèdent lorsqu'un séisme se déclenche ?


Proposer une hypothèse



L'illustration ci-contre explique ce qui provoque un séisme. Voici, dans le désordre, les événements qui se produisent :
  1. Le sol tremble en surface
  2. Rupture des masses rocheuses au niveau foyer
  3. Les ondes sismiques se propagent
  4. Les masses rocheuses subissent une déformation
Proposez une hypothèse sur le bon ordre chronologique.


Réaliser une maquette

Pour éprouver votre hypothèse, voici comment réaliser une maquette qui permet de modéliser un séisme.

Matériel nécessaire

4 morceaux de bois parallélépipédiques et une planche de bois de la largeur des 4 morceaux de bois bois
2 plaques métalliques à trous également de la largeur des 4 morceaux de bois métal
Une longue molette tube
2 capteurs piezo (ou tansducteur céramique) : à commander en France sur le site CONRAD : www.conrad.fr
ou des écouteurs de casque audio
capteur
un câble rallonge audio stéréo avec au moins une fiche jack mâle (en grande surface rayon Hi-Fi) jack
Le matériel de petit bricoleur : clous, colle à bois, vis, marteau, tourne-vis, scie...
Une « touillette » à café en plastique touillette
Un ordinateur
Le logiciel « Adacity » (à télécharger dans la rubrique logiciels utiles) audacity


Un peu de soudure...

Couper l’extrémité femelle du câble jack puis dénuder un peu les fils puis souder les fils dénudés aux cellules piézo comme ci-dessous :

jack dessin soudure

Construire la maquette selon le modèle ci-dessous

dessin maquettept

Au niveau de la maquette en bois ...

  • Insérez une « touillette » à café en plastique dans la fente
  • Scotchez les capteurs piezo sur le morceau de bois fixe et branchez la prise jack mâle à la sortie « entrée » (enregistrement stéréo avec 2 capteurs) ou « micro » (enregistrement mono avec 1 seul capteur) de l'ordinateur
Les capteurs piézo produisent un courant électrique en réponse à une vibration. Ce courant électrique se propage et peut être visualisé grâce au logiciel « Audacity ».

Manipulation

  • sur l'ordinateur, mettez en marche l'enregistrement Audacity en appuyant sur le bouton rouge
  • auda UI

  • continuez la rotation jusqu'à casser la « touillette »
  • observez l'enregistrement sur Audacity


Voici un résultat en image

Cliquez sur l'image ci-dessous pour voir la manipulation :


Diaporama Maquette
(247.49 Ko)


D'après vos résultats, indiquez maintenant le bon ordre chronologique des événements :
  1. Le sol tremble en surface
  2. Rupture des masses rocheuses au niveau foyer
  3. Les ondes sismiques se propagent
  4. Les masses rocheuses subissent une déformation


La maquette fabriquée peut vous permettre de multiplier les expériences

avec plusieurs fentes parallèles et autant de touillettes à casser : qu'observez-vous ? les touillettes cassent-elles toutes en même temps ?

avec une seule fente mais avec une touillette plus épaisse qui augmente la résistance : qu'observez-vous ? les signaux enregistrés sont-ils différents ?

avec des morceaux de bois plus grands et en faisant varier la distance entre les capteurs (un très près de la source, un très loin) : qu'observez-vous ? quel phénomène cela traduit-il ?


A vous d'inventer de nouvelles expériences et chercher à comprendre quels phénomènes sismiques votre expérience modélise t-elle en réalité !