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Calculer la vitesse de propagation des ondes sismiques

Niveau : Primaire / Collège / Lycée (une adaptation par le professeur est nécessaire pour chaque niveau)

Contenus notionnels dans le cadre du programme de SVT :

Ecole : cycle 3 (CE2-CM1-CM2)

Le ciel et la Terre
Volcans et séismes, les risques pour les sociétés humaines.

Collège : classe de 4ème - L'activité interne du globe terrestre
BO spécial n° 6 du 28 août 2008

Les séismes correspondent à des vibrations brutales du sol qui se propagent :
  • ils résultent d’une rupture brutale des roches en profondeur,
  • ils se manifestent par des déformations à la surface de la Terre,
  • des contraintes s’exerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation d’énergie qui finit par provoquer leur rupture au niveau d’une faille,
  • le foyer du séisme est le lieu où se produit la rupture,
  • à partir du foyer, la déformation se propage sous forme d’ondes sismiques enregistrables,
  • les séismes sont particulièrement fréquents dans certaine zones du globe terrestre

Lycée : classe de 1ère S - La tectonique des plaques
BO spécial n° 9 du 30 septembre 2010

Le concept de lithosphère et d’asthénosphère
Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers des séismes en fonction de leur profondeur s’établit selon un plan incliné. Les différences de vitesse des ondes sismiques qui se propagent le long de ce plan, par rapport à celles qui s’en écartent, permettent de distinguer : la lithosphère de l’asthénosphère. L’interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s’enfonce dans le manteau au niveau des fosses dites de subduction. La limite inférieure de la lithosphère correspond généralement à l’isotherme 1300° C.

classe de T S - La convergence lithosphérique
Les séismes se manifestent au niveau des failles qui affectent la lithosphère.
Ils créent des vibrations ou ondes dont l’étude est précieuse pour la compréhension de la structure interne du globe.
  • Les déformations liées à la convergence lithosphérique.
  • Chronologie relative.

Capacités mobilisées :
  • Pratiquer une démarche scientifique (observer, questionner, formuler une hypothèse, expérimenter, raisonner avec rigueur, modéliser).
  • Recenser, extraire et organiser des informations.
  • Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le langage mathématique.
  • Manipuler et expérimenter.
  • Comprendre qu’un effet peut avoir plusieurs causes.
  • Exprimer et exploiter des résultats, à l’écrit, à l’oral, en utilisant les technologies de l’information et de la communication.
  • Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique.
  • Percevoir le lien entre sciences et techniques.
  • Manifester sens de l’observation, curiosité, esprit critique.
  • Être conscient de l’existence d’implications éthiques de la science.
  • Comprendre la nature provisoire, en devenir, du savoir scientifique.
  • Être capable d’attitude critique face aux ressources documentaires.


Compétence B2i pouvant faire l'objet d'une validation :

École
  • E, 1, 2 Je sais lancer et quitter un logiciel
  • E, 1, 3 Je sais déplacer le curseur, sélectionner,…
  • E, 1, 4 Je sais accéder à un dossier, ouvrir et enregistrer un fichier
  • E, 3, 1 Je sais produire et modifier une image
  • E, 3, 4 Je sais utiliser les fonctions Copier, Coller,…
  • E, 3, 6 Je sais imprimer un document
  • E, 4, 1 Je sais utiliser les fenêtres, différents boutons et liens…
  • E, 4, 2 Je sais repérer les informations affichées à l’écran
  • E, 4, 3 Je sais naviguer dans un site
Collège
  • C, 1,4 Je sais lire les propriétés d’un fichier
  • C, 1,4 Je sais faire un autre choix que celui proposé par défaut
  • C, 2,4 Je m’interroge sur les résultats des traitements informatiques
  • C, 3,5 Je sais réaliser un graphique de type donné
  • C, 3,6 Je sais utiliser un outil de simulation
  • C, 3,7 Je sais modifier les propriétés élémentaires d’un logiciel dédié
  • C, 4,5 Je sais sélectionner les résultats lors d’une recherche
Lycée
  • L, 1,3 Je sais adapter un périphérique à mes besoins…
  • L, 1,3 Je valide les résultats d’un traitement informatique,…
  • L, 3,5 Je sais produire une représentation graphique …
  • L, 4,1 Je sais utiliser les bases documentaires à ma disposition.


Objectifs de l'activité :
  • afficher les sismogrammes d'un séisme régional enregistré par les stations de l'Observatoire IRD de Nouvelle-Calédonie
  • étude et comparaison les sismogrammes
  • calculer la vitesse de propagation des ondes sismiques
  • une multitude de déclinaisons peuvent être envisagées à partir de cet exercice de base
Préambule : Les logiciels SeisGram2K et Educarte avec un environnement Java doivent être au préalable installés sur les ordinateurs

Étapes Affichage
site: www.ird.sismo
Dossier multimédia sur les séismes
-rubrique « Séismes en direct »
- rubrique « Sélection d'événements sismiques exploitables »
- sélectionner l'année « 2011 »
- sélectionner le mois « Octobre »
- sélectionner l'événement
21/10/2011 7:50 Kermadec

Notez la longitude et la latitude de l'épicentre
Notez l'heure exacte du séisme

Les sismogrammes enregistrés par
plusieurs stations de l'Observatoire de Nouvelle-Calédonie
s'affichent dans SeisGram2K
kermadec
Sismogrammes des stations de l'Observatoire
- dans la barre d'outils, synchroniser les événements en cliquant sur l'icône de synchronisation
- on peut déjà avoir une idée de l'ordre chronologique d'arrivée des ondes dans les stations
-cliquez sur le sismogramme de votre choix (ex LIFNC pour Lifou)
synchro

dessin maquettept
Pointer l'heure d'arrivée des ondes
1) il faut étirer d'abord l'échelle de temps et jouer
sur l' « ascenseur horizontal » en bas de l'écran pour garder le signal dans l'écran

les premières déviations verticales correspondent à l'arrivée des ondes P.
2) Pour pointer et noter l'heure d'arrivée des ondes P :
-cliquer sur « Pointer »
-cliquer précisément au niveau de la première déviation verticale (marquage par un trait vert)
-noter 'heure d'arrivée des ondes
-fixer cette arrivée en cliquant sur P

3) Suivre la même procédure pour les autres stations du réseau

4) Comparer les heures d'arrivée
dessin maquettept

dessin maquettept
Pour calculer la distance
1) Sur le site de l'Observatoire :
-rubrique « Observatoire sismologique de NC »
-rubrique « Emplacement des stations sismologiques »
-Noter la longitude et la latitude de la station de Lifou

2) Ouvrir Educarte
-en bas de l'écran (si besoin descendre avec l'ascenseur vertical) indiquez les coordonnées de l'épicentre et de la station

3) cliquez sur l'onglet « calcul d'une distance » et calculez la distance entre les deux points
educarte

dessin maquettept
Calculer la vitesse v = D/T (en km/sec)

Tableau récapitulatif
Complétez le tableau ci-dessous

Épicentre Station A
LIFNC (Lifou)
Station B KOUNC
(Koumac)
Station C OUENC
(île Ouen)
Latitude
Longitude
Heure (GMT) T0 TA TB TC
Temps de parcours des ondes
(en secondes)
TA - T0 = TB - T0 = TB - TC =
Distance de parcours des ondes
(en Km) Vitesse
V = Distance/Temps de parcours (Ecrire l'unité)


Autre exercice possible : déterminer la localisation de l’épicentre par triangulation
  • choisir 3 stations
  • déterminer le retard S-P (proportionnel à la distance épicentrale. (comme pour l'éclair et le tonnerre, et la distance de l’orage ! )
  • grâce à l'hodochrone dans SeisGram2k, vous pouvez déterminer la distance et la reporter dans Educarte en réalisant un cercle
  • l'intersection des cercle situe l'épicentre