Principes et généralités Géophysique Licence SVTU Séance 1 Principes et généralités Séance 2 Sismologie Séance 3 Sismique Séance 4 Tomographie

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Géophysique Licence SVTU Séance 2 Sismologie

Introduction Géophysique Licence SVTU Introduction La sismologie est fondamentale pour la connaissance de l'intérieur de la Terre.

Géophysique Licence SVTU Tectonique des plaques et rupture des roches.

Géophysique Licence SVTU Localisation géographique.

Géophysique Localisation géographique des séismes de mb >6. Licence SVTU Localisation géographique des séismes de mb >6.

Géophysique Localisation en profondeur Trait plein : énergie E Licence SVTU Localisation en profondeur Trait plein : énergie E Trait pointillé : nombre de séismes N avec mb > 7 Les séismes se produisent dans la partie “cassante” de la Terre : la lithosphère

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Géophysique Un séisme se produit sur une faille Les limites de plaques Licence SVTU Un séisme se produit sur une faille Les limites de plaques sont marquées par des complexes de failles

Géophysique Licence SVTU Le plan de faille se caractérise par la surface S, le pendage (dip) et le glissement d (slip)

Géophysique Licence SVTU Tout séisme peut se décrire par une combinaison de trois failles élémentaires dépendante des contraintes régionales

Géophysique A grande distance, on considère une source ponctuelle Licence SVTU A grande distance, on considère une source ponctuelle

Géophysique Mécanisme au foyer Licence SVTU Mécanisme au foyer Après un séisme, on examine les enregistrements de toutes les stations réparties à la surface du globe. Le premier mouvement sera soit une dilatation, soit une compression. Si le premier mouvement à l’arrivée de l’onde P est vers le haut (signe +), on a une compression. Dans le cas contraire on a une dilatation ( signe -).

Géophysique Mécanisme au foyer Licence SVTU Mécanisme au foyer L’observation montre que les points de signe différents se répartissent autour d’un foyer en surface, suivant les quadrants opposés, impliquant un jeu de failles.

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Magnitude Géophysique Licence SVTU Magnitude La magnitude d'un séisme quantifie l'énergie libérée (paramètre physique) Introduite en sismologie par C. Richter (1935) pour comparer les séismes californiens enregistrés localement sur un certain type de sismomètre Elle se mesure originellement à partir de l'amplitude des ondes sismiques enregistrées corrigée de la distance épicentrale : ML=logA + 2,76 logD – 2,48

Géophysique Licence SVTU Exemple de calcul de ML avec des abaques

Géophysique Licence SVTU La magnitude de moment Mw est une meilleure estimation pour les gros séismes : Mw=1,5logM0-9,1 Kanamori (1977) avec M0 le moment sismique [Nm] et M0=mFSdmoy avec m la rigidité du milieu [Nm-2] S la surface du plan de faille [m2] dmoy le glissement moyen sur le plan [m]

Géophysique Licence SVTU Quelques comparaisons

Intensité Géophysique Ne pas confondre magnitude et intensité ! Licence SVTU Intensité Ne pas confondre magnitude et intensité ! L'intensité quantifie les effets ressentis par la population et/ou les dégâts subis par les constructions Elle est estimée à partir d'une échelle conventionnelle

Géophysique Licence SVTU Echelle européenne macrosismique EMS 98

Géophysique Licence SVTU Un exemple de carte d’intensité

Géophysique En France. La sismicité est modérée Licence SVTU En France. La sismicité est modérée et liée au rapprochement Afrique- Eurasie (6 mm/an) Plusieurs domaines Plus fort séisme historique : Lambesc, 1909, M = 6 ?

Géophysique Licence SVTU Observation

Géophysique Licence SVTU Observation

Géophysique Licence SVTU En France. Réseau de surveillance.

Géophysique Licence SVTU Exemple de calcul de ML

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Etude de la Terre profonde Géophysique Licence SVTU Etude de la Terre profonde Milieu continu avec V(z) qui augmente quand z augmente Le rai s'incurve vers le haut et le paramètre de rai p se conserve zmax= point bas

Géophysique Le paramètre de rai se mesure p pente de l’hodochrone t(x) Licence SVTU Le paramètre de rai se mesure p pente de l’hodochrone t(x)

Géophysique Licence SVTU Hodochrone t (D)

Géophysique Licence SVTU Un hodochrone : graphique ou fonction donnant le temps d'arrivée d'une onde à une station sismologique en fonction de la distance épicentrale

Géophysique Licence SVTU Un hodochrone : graphique ou fonction donnant le temps d'arrivée d'une onde à une station sismologique en fonction de la distance épicentrale

Géophysique Licence SVTU Dans le cas d’une Terre sphérique, L'incidence i est mesurée par rapport à la direction radiale (qui varie le long du rai)

Géophysique Licence SVTU Géométrie des rais dans la Terre

Géophysique Licence SVTU Les hodochrones de la Terre révèlent des discontinuités sismiques

Géophysique Cas d’une discontinuité avec diminution de vitesse Licence SVTU Cas d’une discontinuité avec diminution de vitesse

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Géophysique Zone d’ombre des ondes P Licence SVTU Zone d’ombre des ondes P Diminution brusque de la vitesse vers 2900 km. Limite Manteau-Noyau (Oldham, 1906; Gutenberg, 1912)

Géophysique Triplication des ondes P Licence SVTU Triplication des ondes P Une "graine" solide dans le noyau liquide vers 5100 km Détection du noyau interne (Lehman, 1936)

Géophysique Zone d’ombre des ondes S Licence SVTU Zone d’ombre des ondes S Les ondes S ne se propagent pas dans le noyau Le noyau est fluide

Géophysique Cas d’une discontinuité avec augmentation de vitesse Licence SVTU Cas d’une discontinuité avec augmentation de vitesse

Géophysique Hodochrones observés et modèle radiale (1D) déduit. Licence SVTU Hodochrones observés et modèle radiale (1D) déduit.

Géophysique Licence SVTU Il existe plusieurs modèles liés à l’inversion des hodochrones. Kennett & Engdahl, 1991 Dziewonski & Anderson, 1981

Géophysique Licence SVTU Changement de phase minéralogique de l'olivine (zone de transition, couche D'') Kennett & Engdahl, 1991

Géophysique Licence SVTU Dans un milieu élastique fini, il y a des ondes de surfaces. Par leur propagation spécifique, les ondes de surface apportent des infos complémentaires sur le manteau supérieur.

Géophysique Sismogramme à trois composantes avec D=110° et Mw=7,7 Licence SVTU Sismogramme à trois composantes avec D=110° et Mw=7,7

Géophysique Deux types d'onde de surface : Love et Rayleigh Licence SVTU Deux types d'onde de surface : Love et Rayleigh avec vLove > vRayleigh

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Géophysique Licence SVTU Avec les ondes de surface, on observe dans la lithosphère : une augmentation de la vitesse jusqu'à 80-100 km = lithosphère sismique une couche à faible vitesse d'épaisseur variable = LVZ (Zone de Moindre Vitesse) La distinction lithosphère – LVZ est due à un changement des propriétés mécaniques en lien avec la température (≠ Moho, CMB)

Géophysique Licence SVTU Les discontinuités internes