La propagation des ondes sismiques dans les liquides

L'objectif

Il s'agit de montrer :

• que les ondes P se propagent dans les liquides,
• que les ondes S ne propage pas dans les liquides.

Matériel nécessaire

Un PC avec carte son, deux capteurs piézométriques, adaptateur "cinch → jack stéréo", rallonges pour capteurs, logiciel Audacity, une poutre en granite ou autre roche, un cube en granite ou autre roche.(le béton coulé peut remplacer le granite)

Installation du matériel

• Connecter les deux capteurs piézométriques à l'adaptateur "cinch → jack stéréo"    
• Connecter  l'adaptateur "cinch → jack stéréo" à la rallonge.
• Connecter le jack stéréo de la rallonge à l'entrée en ligne de la carte son (Line in).

Connectique utilisée

• Fixer 2 boîtiers capteurs sur deux plans du cube, à l'aide de ruban adhésif large.

Cube de roche utilisé

• Fixer fortement le cube de granite (à l'aide de ruban adhésif double face), au bord d'une table avec une partie dépassant de la table.
• Placer la poutre sur des supports en polystyrène, pour qu'une extrémité dépasse légèrement de la table

Configuration du logiciel Audacity (2.xx)

• Lancer Audacity
• Dans Edition, Préférences..., cliquer sur l'onglet "Périphériques".
• Choisir la carte son utilisée pour la lecture et l'enregistrement.
• Pour les canaux, choisir "stéréo" et valider.

Configuration d'Audacity

• Configurer l’échantillonnage
  Pour cela, aller sur l'onglet "Qualité" et régler la fréquence d'échantillonnage sur "Autres". (le logiciel propose différentes fréquences mais peu pratiques pour le calcul par les élèves).
  Si la carte son est suffisamment performante (et c'est souvent le cas actuellement), elle peut échantillonner jusqu'à 96 000 Hz ou au delà.
  On admettra que ses performances permettent d'échantillonner jusqu'à 100 000 Hz.
  Dans la case "Autre... "taper 100 000  et valider. Un échantillon aura ainsi une valeur de 10-5s, ce qui permet des calculs plus rapides

Réglage des échantillons

Réglage de la qualité

Sur le bandeau en bas de la page, se placer sur "durée" et dans la liste déroulante, demander l'affichage en échantillons.

Réglage des unités de durée

Acquisition des enregistrements "sismiques"

• Lancer l'enregistrement en cliquant sur le bouton rouge.
• A l'aide du maillet, frapper modérément la poutre, soit à son extrémité, soit à sa surface.
• Arrêter l'enregistrement en cliquant sur le bouton jaune.

Les manipulations à réaliser

Le témoin

On génère des ondes P puis des ondes S sur la barre de granite et on enregistre sur le cube les ondes P (capteur noir) ou S (capteur rouge). Cet enregistrement servira de témoin pour vérifier si des ondes peuvent être transmises au cube par les différents  supports et le sol.

Dispositif utilisé pour la genèse d'ondes P

Dispositif utilisé pour la genèse d'ondes S

Enregistrement obtenu en générant des ondes P :

Enregistrement des ondes P

Il est évident qu'aucune onde P n'est enregistrée au niveau du cube.

Les enregistrements obtenus en générant des ondes S

Enregistrement des ondes S

De même aucune onde S n'est enregistrée au niveau du cube.

Aucune onde ne s'est propagée par les supports et le sol jusqu'aux capteurs

La transmission des ondes P et S dans les liquides

Le dispositif utilisé en générant des ondes P

Le dispositif utilisé en générant des ondes S

On intercale un sac rempli d'eau entre la barre de granite et le cube et on génère des ondes P puis des ondes S

Enregistrement obtenu en générant des ondes P

Les ondes P sont nettement visibles : les ondes P sont transmises par les liquides

Enregistrement obtenu en générant des ondes S

Aucune onde S n'est enregistrée : les ondes S ne sont pas transmises par les liquides.

Les ondes P sont transmises dans le liquides alors que les ondes S ne se propagent pas dans les liquides.