La propagation des différents types d'ondes

Les différents types d'ondes:

Les tremblements de Terre sont à l'origine de la création d'ondes sismiques, enregistrées à l'aide sismographes. Ces ondes sismiques sont des ondes élastiques. Elles se propagent dans toutes les directions.
Le sismographe doit donc faire des enregistrements dans les trois plans définissant l'espace.

Sismomètre 3D

Un sismogramme

On distingue les ondes de volume qui traversent la Terre et les ondes de surface qui se propagent parallèlement à sa surface. Elles se succèdent et se superposent sur les enregistrements des sismographes.
Certains de leurs paramètres (vitesse de propagation, amplitude) sont modifiées par les structures géologiques traversées.
On peut ainsi retrouver la nature des structures traversées en étudiant les modifications de leurs paramètres.

Les ondes de volume

Elles se propagent à l'intérieur du globe suivant des lois proches de celles de l'optique géométrique. Lorsqu'elles se réfléchissent sur des surfaces de discontinuité (et notamment sur la surface du globe), elles interfèrent et génèrent des "ondes de surfaces". Leur vitesse de propagation dépend du matériau traversé et d'une manière générale elle augmente avec le profondeur
On distingue :

•     Les ondes P ou ondes primaires appelées aussi ondes de compression ou ondes longitudinales se propagent dans tous les milieux. Leur vitesse est égale à :

k est le module d'incompressibilité : Plus il est élevé, plus il est difficile de diminuer le volume du matériau sous l'effet de la pression. Il s'exprime en Pa mais il est de l'ordre du GPa
µ est le module de cisaillement qui rend compte de la résistance du matériau à changer de forme. Il se mesure en Pa mais il est de l'ordre du GPa.
ρ est la masse volumique exprimée en Kg. m^-3

Le déplacement du sol qui accompagne leur passage se fait par dilatation et compression successives, parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Elles sont responsables du grondement sourd que l'on peut entendre au début d'un tremblement de terre. Ce sont les plus rapides (6km.s^-1 près de la surface) et sont enregistrées en premier sur un sismogramme, d'où leur nom.

Propagation des ondes P

•     Les ondes S ou ondes secondaires appelées aussi ondes de cisaillement ou ondes transversales.

A leur passage, les mouvements du sol s'effectue perpendiculairement au sens de propagation de l'onde. Ces ondes ne se propagent pas dans les milieux liquides, m = 0 dans les liquides car il est impossible de déformer un liquide par cisaillement.

Leur vitesse est plus lente que celle des ondes P, elles sont donc enregistrées en second sur les sismogrammes, d'où leur nom.
Leur vitesse est égale à :

Propagation des ondes S

La différence de vitesse des ondes P et S explique la différence des temps d'arrivée des ondes P et S. On peut, connaissant leur vitesse, calculer la distance à l'hypocentre.

Les ondes de surface

Ce sont des ondes guidées par la surface de la Terre.
Elles sont moins rapides que les ondes de volume mais leur amplitude est généralement plus forte et elles concentrent le maximum d'énergie.

•     L'onde de Love : Elle se propage seulement dans les solides non homogènes. c'est une onde transversale polarisée dans le plan horizontal.

Le déplacement est essentiellement le même que celui des ondes S mais sans mouvement vertical. Les ondes de Love provoquent donc un ébranlement horizontal, cause de nombreux dégâts par cisaillement des fondations des édifices.

Propagation des ondes de Love

•     L'onde de Rayleigh :

Elle se propage au voisinage de la surface de milieux homogènes et non homogènes. Elle résulte d'interférences entre les composantes verticales des ondes P et S .
Comme le montre le schéma, on peut l'enregistrer sur les trois composantes d'un sismographe et pendant une durée qui peut aller jusqu'à plusieurs minutes.

Propagation des ondes de Rayleigh

Les ondes de Love se propagent à environ 4 km/s, elles sont plus rapides que les ondes de Rayleigh