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Cours alea sismique

Cours alea sismique

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Chapitre 2
Mesure des mouvements sismiques
Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui
2
1.Origine des séismes
2.Le sismographe, réseaux
sismologiques, réseaux
accélérométriques, banque de
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3
Structure interne de la terre
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4000c
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  • 1. 1 Chapitre 2 Mesure des mouvements sismiques Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui
  • 2. 2 1.Origine des séismes 2.Le sismographe, réseaux sismologiques, réseaux accélérométriques, banque de données. Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui
  • 3. 3 Structure interne de la terre Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui 4000c 5000c
  • 4. 4 Dérive des continents depuis la fin de l’ère primaire jusqu’à aujourd’hui Théorie de la tectonique des plaques terrestre
  • 5. 5 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Théorie de Tectonique des Plaques… Théorie de Tectonique des Plaques…
  • 6. 6
  • 7. 7 l’origine des séisme •Séismes tectoniques Les séismes tectoniques sont de loin les plus fréquents et dévastateurs. Une grande partie des séismes tectoniques a lieu aux limites des plaques, où se produit un glissement entre deux milieux rocheux. Ce glissement, localisé sur une ou plusieurs failles, est bloqué durant les périodes inter- sismiques (entre les séismes), et l'énergie s'accumule par la déformation élastique des roches4 . Cette énergie et le glissement sont brusquement relâchés lors des séismes.
  • 8. 8 •Les séismes d'origine artificielle Les séismes d'origine artificielle ou « séismes » de faible à moyenne magnitude sont dus à certaines activités humaines telles que barrages, pompages profonds, extraction minière, explosions souterraines ou nucléaires, ou même bombardements. Ils sont fréquents et bien documentés depuis les années 1960-1970. Par exemple, rien que pour la France et uniquement pour les années 1971-1976, plusieurs séismes ont été clairement attribués à des remplissages de lacs-réservoirs, à l'exploitation de gisements pétrolifères ou aux mines :
  • 9. 9 •Séismes d'origine volcanique Les séismes d'origine volcanique résultent de l'accumulation de magma dans la chambre magmatique d'un volcan. Les sismographes enregistrent alors une multitude de microséismes (trémor) dus à des ruptures dans les roches comprimées ou au dégazage du magma. La remontée progressive des hypocentres (liée à la remontée du magma) est un indice prouvant que le volcan est en phase de réveil.
  • 10. 10 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Faille coulissante coulissante Faille inverse inverse Faille normale normale Type de faille
  • 11. 11 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Faille Normale Normal Fault (dip – slip)
  • 12. 12 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Faille inverse Reverse Fault (dip – slip)
  • 13. 13 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Faille coulissante Strike – Slip Fault
  • 14. The San Andreas FaultThe San Andreas Fault 14 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Plaque du pacifique Plaque nord- americaine Faille de San Andreas
  • 15. 15 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Faille mixte Oblique – Slip Fault (dip and strike slip)
  • 16. 16 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Epicentre Hypocentre ou Foyer Rocher Discontinuité Onde réfractée Onde réfléchieOnde P à S Rocher Profondeurdufoyer Profondeurdufoyer Distance Epicentrale ii Caractérisation d’une source sismique
  • 17. 17 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Caractérisation d’une source sismique
  • 18. Types dTypes d’’ondes sismiquesondes sismiques 18 Ondes de volumes: Ondes P –ou primaires Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui
  • 19. Ondes « p »Ondes « p » 19
  • 20. Les ondes « P »Les ondes « P » 20 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 µ est le module de cisaillement qui rend compte de la résistance du matériau à changer de forme. Il se mesure en Pa . ρ est la masse volumique exprimée en Kg. m-3.
  • 21. 21 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Ondes de volumes: Ondes S –ou Secondaires Mvt transversale: gênèrent des cisaillement Sv et sh
  • 22. Les ondes « s »Les ondes « s » 22 Les ondes S sont des ondes de cisaillement : les particules se déplacent perpendiculairement au sens de propagation de l’onde, un peu comme une oscillation sur une corde. Ces ondes de cisaillement se propagent dans les solides mais pas dans les milieux liquides ou gazeux.
  • 23. Les ondes « S »Les ondes « S » 23
  • 24. Quelques valeurs des vitesses VP et VSQuelques valeurs des vitesses VP et VS (en km s-1)(en km s-1) Matériau Air Eau Hydrocarbure Granite Grès Calcaire  VP vs  0.33 /  1.4 - 1.5 /  1.3 - 1.4 /  5.5 - 6.0 2.8 - 3.3  1.4 - 4.3 0.7 - 2.8  5.9 - 6.1 2.8 - 3.0 24
  • 25.  La vitesse des ondes sismiques varie avec la composition 25
  • 26. 26
  • 27. 27 Autres effets •Température : la vitesse décroît quand T croît. •Pression : la vitesse croît quand P croît. •Fusion partielle : la vitesse décroît quand les roches sont partiellement fondues.
  • 28. 28 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Ondes de surface: Ondes Love Mvt transversale
  • 29. 29 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Ondes de surface: Ondes Rayleigh Mvt rotational Propagent au voisinage de la surface dans des milieux homogène et non homogène, on peut l’enregistrer sur les 3 direction du sismographe
  • 30. 30 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Propagation of Waves Through the Earth Les règles de propagation d’ondes
  • 31. 31
  • 32. 32 Les règles de propagation d’ondes sont similaires à celle de la lumière, elles sont réfléchies et transmises aux différentes interface caractériser par des variation de vitesse sismique et de densité. Elles obéissent a la loi de réflexion et a la loi de snell- Descartes pour la transmission. La loi de réflexion : une onde arrive sur interface se réfléchit avec un angle de réflexion identique à l’angle incidente.  la loi de snell-Descartes: onde arrivant sur l’interface avec un angle incidente « i »et se transmet avec angle de transmission « t ». Sur chaque interface les ondes se réfléchit et se transmettent et peuvent subir des conversions (onde p transformée en sv, sv converties en p).
  • 33. 33
  • 34. 34
  • 35. 35
  • 36. 36 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui
  • 37. 37 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui
  • 38. 38 La repartions des séismes dans le monde
  • 39. 39 Effet de site Un effet de site est défini comme une amplification (ou plus rarement une atténuation) des secousses, causée par les caractéristiques local du site : topographie, géologie, etc.
  • 40. 40 •Dans la plupart des calculs sismiques de bâtiments, on suppose en simplifiant que le mouvement du sol est une translation d'ensemble, ce mouvement transmettant l'action sismique à la structure. •S'il est impératif de calculer les structures pour qu'elles résistent à l'action sismique, il est au-moins aussi important de vérifier cette hypothèse de comportement du sol, notamment : •Le mouvement du sol peut ne pas être 'homogène' sous un grand bâtiment et générer des déplacements relatifs entre les différents points d'assise des fondations (non abordé dans cet article. Voir article sur les fondations) •Le sol peut perdre éventuellement ses caractéristiques mécaniques sous l'action sismique, du fait des phénomènes apparaissant sur certains sites : •liquéfaction des sols •tassement des sols •dislocation •glissement de terrain
  • 41. 41 Liquéfaction des sols On appelle liquéfaction d'un sol un processus conduisant à la perte totale de résistance au cisaillement du sol par augmentation de la pression interstitielle. Elle est accompagnée de déformations dont l'amplitude peut être limitée ou quasi illimitée.
  • 43. 43 IL EXISTE 03 TYPES DE CAPTEURS:  SISMOMÈTRES (DÉPLACEMENTS),  VÉLOCIMÈTRES (VITESSES), •ACCÉLÉROMÈTRES (ACCÉLÉRATIONS). ON UTILISE PLUS COMMUNÉMENT LES ACCÉLÉROGRAMMES, À PARTIR DESQUELS ON PEUT RETROUVER LA VITESSE ET LE DÉPLACEMENT PAR CALCUL INTÉGRAL.
  • 44. 44 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Exemple d’enregistrement en continu d’une activité sismique par un séismographe analogique Exemple de sismogramme numérique avec piquage du temps d’arrivée des ondes P et S
  • 45. 45 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Le mouvement de la Terre au cours des séismes se mesure par rapport à un objet quelconque qui demeure indépendant du mouvement du sol. Dans un sismographe, cet objet consiste en une masse suspendue sur des ressorts à l'intérieur d'une boîte. Le tout est appelé un sismomètre. Au cours d'un tremblement de terre, la masse demeure immobile pendant que la boîte autour d'elle se déplace suivant le mouvement du sol.
  • 46. 46Réplique du sismographe de Zhang Heng •EN 132 APRÈS J.-C., L’INVENTEUR CHINOIS CHANG HENG MIT AU POINT UN APPAREIL DE MESURE : UNE JARRE EN PORCELAINE DE DEUX MÈTRES DE DIAMÈTRE COMPORTANT HUIT OUVERTURES EN FORME DE TÊTES DE DRAGONS. CES DERNIERS SONT ORIENTÉS SUIVANT LES POINTS CARDINAUX ET TIENNENT DES BILLES DANS LEURS GUEULES. À L’INTÉRIEUR •UN MÉCANISME (SANS DOUTE UN PENDULE), EN OSCILLANT LORS D’UNE SECOUSSE SISMIQUE, OUVRAIT LA GUEULE D’UN DRAGON, LIBÉRANT AINSI LA BILLE QUI TOMBAIT DANS LA BOUCHE D’UNE GRENOUILLE. CE SYSTÈME INDIQUAIT LE SENS DE LA SECOUSSE DONC LA DIRECTION DE L’ÉPICENTRE
  • 47. 47 une accélération maximale du sol (ou pic) de 4,6 m/s2 (0,46g) est repérée à t =6s
  • 48. 48 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Réseaux sismologiques: Un ensemble de sismographes qui permettent de mesurer le déplacement En Algérie gérés par le CRAAG Réseaux accélérométriques: Un ensemble d’accélérographes qui permettent de mesurer l’accélération En Algérie gérés par le CGS Banque de données
  • 49. 49 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui La répartition des sismographe dans l’Algerie
  • 51. 51 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Wilaya de Boumerdes(barrage de keddara)
  • 52. 52 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Le Réseau peut être classé comme étant dense si les stations sont très proches
  • 53. 53 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui
  • 54. 54 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui
  • 55. 55 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Station C00 Station I06
  • 56. 56 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui www.iris.edu
  • 57. 57 Chap 2 Mesure des mouvements sismiques D. Zendagui Travail à effectuer cette semaine •Explorer le site www.iris.edu •Déduire de ce site les séismes recensés du 01 Juillet 2013 au 31 Octobre 20013 en Algérie •Rechercher sur Internet d’autres banques de données
  • 58. 58 Les ondes sismiques artificielles Pour la recherche d’éventuelles nappes souterraines de pétrole, sur Terre ou en pleine mer, on utilise la sismique. La sismique est une technique de mesure indirecte qui consiste à enregistrer en surface des échos issus de la propagation dans le sous-sol d’une onde sismique provoquée. Ces échos sont générés par les hétérogénéités du sous-sol. Le passage par exemple d’une couche d’argile à une couche de sable dans une colonne sédimentaire s’accompagne d’une réflexion visible sur les enregistrements. Un camion vibreur émet une salve d’onde à l’aide d’un marteau de masse 2500 kg venant frapper périodiquement le sol avec une fréquence f = 14,0 Hz (figure ci-dessous). Les capteurs sont régulièrement répartis autour du camion tous les 100 m. Le temps d’arrivée de l’écho permet de situer la position de la première hétérogénéité et l’amplitude de l’écho apporte des informations sur certains paramètres physiques des milieux en contact. Figure 2
  • 59. 59 Pour repérer ces couches, les sismologues utilisent les ondes sismiques, et une loi : Dès que la vitesse d'une onde sismique change brutalement et de façon importante, c'est qu'il y a changement de milieu, donc de couche. Cette méthode a permis, par exemple, de déterminer l'état de la matière à des profondeurs que l'homme ne peut atteindre (manteau profond, noyau). Le même procédé pour connaitre les différente couches de la globe terrestre
  • 60. 60
  • 61. 61
  • 62. 62 Les relations entre magnitude et intensité sont complexes. L'intensité dépend du lieu d'observation des effets. Elle décroît généralement lorsqu'on s'éloigne de l'épicentre en raison de l'atténuation introduite par le milieu géologique traversé par les ondes sismiques, mais d'éventuels effets de site (écho, amplification locale par exemple) peuvent perturber cette loi moyenne de décroissance. Remarque importante
  • 63. 63
  • 64. 64
  • 65. 65
  • 66. 66
  • 67. 67
  • 68. 68 Log10 E=11,8+1,5 Ms L ’energie dégagée par un séisme peut être reliée à la magnitude des ondes de surface par la relation suivante:

Notes de l'éditeur

  1. Morphologie de la terre, la structure interne du globe d’1 manière simple est repartie en plusieurs enveloppes successive les principaux sont:
  2. Theorie proposée au debut des année 60 ,suppose que tous les continent etaient relies a l’origine et ont commencer a se deplace il ya 200 millions d’année avec une moyenne de 1 a 15 cm par annee
  3. carte des Differentes plaque sismique dans le monde
  4. Une plaque se déplace latéralement par rapport a l’autre
  5. Prés de Los Angeles: on a 1 rapprochement des deux plaques l'une de l'autre, C’est la cause principale de la formation des chaînes de montagnes, du volcanisme et des séismes. Lorsque deux plaques convergent, la quantité de matière qui disparaît sous le manteau est égale à celle formée au niveau des dorsales.
  6. Ondulation de la faille en surface
  7. Elles sont équivalente dans le solide des ondes sonores dans l’ai,r ces ondes arrivent les premiers
  8. ondes P sont des vibrations qui agissent en compression : les particules se déplacent dans le sens de propagation de l’onde, un peu comme dans un ressort. Ces ondes de compression se propagent dans les solides, les liquides et les gaz.
  9. Leur vitesse et inferieures a vp, arrivent en second, ne propagent pas dans les liquides et notament dans le noyau,vp=1,7vs
  10. Les ondes S sont des ondes de cisaillement : les particules se déplacent perpendiculairement au sens de propagation de l’onde, un peu comme une oscillation sur une corde. Ces ondes de cisaillement se propagent dans les solides mais pas dans les milieux liquides ou gazeux.
  11. Propagent seulement dans les solides non homogène, cause pb de nombreux dégâts par cisaillement des fondations
  12. Il est possible de determiner la direction dans la quelle avait en lieu le tremblement de terre mais non pas sa distance ou son intensité.