19 allée de Fontenay
Lyon
69007
Tel: 04 26 73 12 27
<francois.tilquin@ac-grenoble.fr>
Copyright © 2012-10-18 Ce livret est mis à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage à l'identique 4.0 International
RésuméCet article présente différentes maquettes (tables vibrantes, patin tracté), expériences, utilisation de logiciels "Sismo-logic", "Azimut", "Mécanisme au foyer", permettant de comprendre la sismologie.
La récurrence des séismes dans une même région et le long des mêmes systèmes de failles pose le problème de la périodicité des mouvements sismiques et de leur déclenchement. Ceci peut induire une idée fausse : "il est possible de prévoir des séismes". Plusieurs modèles reproduisent ce qui se passe le long d'une faille. Les utilisations de ces modèles permettent d'aborder de nombreuses caractéristiques des séismes à plusieurs niveaux de compréhension.
Télécharger le logiciel Sismo-logic (auto-installation en c:/tilquin/cle_sismo-logic) 21 Mo
La courbe est à construire à partir de ces données: on sélectionne avec les touches CTRL+Maj et les flèches les 3 mots Carré, Somme et droite puis en maintenant MAJ et CTRL avec la flèche vers le bas ou la touche <fin> , on sélectionne toutes les données dont on veut la courbe. On peut relâcher ces touches, puis avec la barre de défilement à droite, on remonte, avec la souris, jusqu'en haut de la feuille. On demande ensuite assistant graphique, puis la première courbe.
On peut ensuite placer le carré des valeurs sur l'échelle de droite (click droit sur la courbe des carrés, format de la série, sélection de l'axe, axe secondaire) On peut alors affiner la représentation, en décalant la courbe de tendance en changeant les coefficients a_droite (pente) et b_droite (décalage).
On constate également que la courbe en escalier s'éloigne plus ou moins de la situation d'équilibre, et que le rattrapage de l'énergie n'est pas proportionnel à cet éloignement: parfois un petit séisme apparaît alors que le retard à l'équilibre est important, et parfois le rattrapage est très important.
Il est donc impossible de prévoir le moment où le séisme va arriver, et on peut faire la même expérience avec 2 piézomètres dont l'un servira à la prédiction en tapant dessus au moment que l'on juge opportun.
La courbe de la «Force» est obtenue en soustrayant l'énergie dissipée à la droite moyenne. On obtient ainsi l'accumulation d'énergie et sa libération en fonction du temps. On constate également que le glissement n'est pas proportionnel à la force présente juste avant.
En partant de l'hypothèse intuitive que plus il y a longtemps qu'un séisme a eu lieu, plus l'énergie libérée est forte, on va porter sur un graphe le temps séparant deux mouvements et l'énergie du séisme. S'il y a une corrélation, on devrait voir les points s'organiser selon une droite.
Copyright : 2012 François Tilquin Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International. |
Copyright : 2012 François Tilquin Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International. |
Le principe est d'étudier le tableau de la courbe en escalier (énergie dissipée) et de repérer le moment où débute la marche et la hauteur de celle-ci.
En plaçant la souris sans cliquer sur la courbe en escalier au moment des ressauts, apparaissent les informations permettant de retrouver les valeurs du temps dans le tableau (pointer) et la valeur du ressaut.
On peut également faire varier la rugosité, la masse, la raideur du ressort et montrer ainsi que plus le frottement est important, plus l'énergie accumulée est importante, et que plus le sol est élastique plus le retard à l'équilibre est important.
Dans tous les cas, on peut montrer qu'aucun glissement n'est prévisible, bien qu'on puisse déterminer une fréquence moyenne.
On pourrait penser que de nombreux petits séismes permettent le rattrapage, mais les courbes nous montrent que ce n'est pas vraiment le cas.
On ne voit pas non plus de signes avant-coureur de gros séismes.
http://www.ac-grenoble.fr/webcurie/sismo/L'installation d'études des séismes du Lycée Marie Curie d'Echirolles
http://www.ac-grenoble.fr/webcurie/bio/seismes/Séismes et constructions humaines
Patin_tracte.doc (1.8 Mo) document pour le traitement des données du patin tracté.
Sismo-box (download softwares) (in english).
Sismo-box (documentation) (in english).
Cette expérience est destinée à montrer que l’étude en surface des zones de compression et dilatation (en fonction du sens du premier mouvement du sol) permet de situer les plans de failles potentiels.
En utilisant un moteur pas à pas, deux patins en béton cellulaire (dont un est alourdi) sont placés l'un sur l'autre.
Ils sont reliés tous deux à deux ressorts, dont un est tracté par un moteur pas à pas.
Le patin inférieur est posé sur des rouleaux. La contrainte s'accumule, puis à la rupture le patin supérieur suit le mouvement initial tandis que le patin inférieur recule provoquant donc une compression en sens inverse.
L'ensemble permet de montrer la représentation des contraintes compression dilatations. On obtiendrait la même représentation de la sphère des contraintes si la cassure était perpendiculaire avec et que le bloc de gauche parte vers le haut et celui de droite vers le bas.
Ces expériences sont nées d'un TPE, au cours duquel les manipulations et les matériels des laboratoires de sismologie ont été adaptés au matériel présents dans les lycées.
Les bâtiments et systèmes parasismiques sont construits avec du carton, du polystyrène et polypropylène.
Les expériences consistent à envoyer à la table vibrante une trace sismique extraite du logiciel Sismolog, grâce à une interface numérique–analogique et un logiciel adapté, puis d'observer le comportement des bâtiments en carton en fonction de leur solidité, et de la magnitude. Une modélisation avec lames vibrantes et signal sinusoïdal suit les observations initiales afin de comprendre le phénomène de résonance.
On en déduit la nécessité d'une bonne connaissance des risques et l'efficacité des solutions parasismiques classiques (contreventement, chaînage, fondation mobiles, amortisseurs)
Ces expériences très faciles à réaliser, en particulier avec le modèle "visseuse", permettent de comprendre les principaux problèmes auxquels sont confrontés les bâtiments au cours d'un séisme, et les principales techniques de constructions parasismiques: fondations, murs porteurs, amortisseurs, contreventement, résonance, liquéfaction du sol.
Une bonne solution consiste à demander aux élèves de construire des bâtiments dont ils éprouvent la solidité sur les tables vibrantes.
http://www.ac-grenoble.fr/webcurie/bio/seismes Séismes et constructions humaines
Etude expérimentale grâce à un modèle asservi par ordinateur, de l’impact des séismes sur les constructions humaines (Fichier .doc 8 Mo).
Le logiciel Azimut est un logiciel 3D, permettant de tracer le vecteur vitesse de la station à partir des 3 composantes enregistrées par le capteur. Il permet également d'enregistrer et de matérialiser les mouvements du capteur sismique-USB 3D de table. Associé à 1-3 interfaces Power-Cassy de Leybold interconnectées, le logiciel peut animer une table vibrante sismique 1D-3D.
Il s'agira à partir des enregistrements d'une ou de plusieurs stations du réseau SISMOS à l'Ecole- O3E de matérialiser les mouvements du sol soumis aux ondes sismiques P, S et L par des vecteurs 3D, puis de déterminer l'azimut et éventuellement de remonter à l'épicentre. Les premiers mouvements du sol donnent des informations sur les mécanismes au foyer. Par exemple, bien que le Japon soit parti sur le Pacifique de plusieurs dizaines de mètres, nous avons été temporairement repoussé: pourquoi ? Le séisme de Samoa nous a temporairement attiré.
Pierre-Yves BARD ( Chercheur IFSTTAR ), Michel CARA ( CNRS BCSF Strasbourg ), Françoise COURBOULEX ( CNRS UMR Geoazur, Valbonne) , François THOUVENOT ( CNRS LGIT Grenoble ).
Télécharger le logiciel Azimut18 Mo (version 2.3)
Etudes de casplus de 60 copies d'écran du logiciel Azimut
Nous présentons ici deux modèles analogiques très simples pour montrer la fragilité et la ductilité des roches.
Les vidéos de cet article ont été réalisées par Fabrice Finotti "Les Films Fabrice Finotti"