Les ondes sismiques sont des ondes élastiques. L'onde peut traverser un milieu sans modifier durablement ce milieu.
Les vibrations engendrées par un séisme se propagent dans toutes les directions. 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 sismomètres. Leur vitesse de propagation et leur amplitude sont modifiées par les structures géologiques traversées, c'est pourquoi, les signaux enregistrés sont la combinaison d'effets liés à la source, aux milieux traversés et aux instruments de mesure.
Ces ébranlements, qui se déplacent sous forme d'ondes, traversent le Globe et donnent des indications irremplaçables sur sa constitution.
On distingue :
Les ondes de volume :
- 1830 Théorie de la Mécanique du solide. POISSON
Cette théorie fondamentale de la transmission des ondes élastiques à travers un solide prévoit deux types d’ondes, les ondes de compression/dilatation et les ondes de cisaillement .
On fera le rapprochement avec les ondes sismiques observées seulement à la fin du 19 éme siècle.
- 1889 Postdam 1ér enregistrement d’un séisme lointain, séisme du japon.
- 1899 Les pulsations P et S sont identifiées comme des ondes de compression/dilatation et de cisaillement. R.D Oldham et W. Wiechert.
Les ondes de volumes se propagent à l'intérieur du globe. Leur vitesse de propagation dépend du matériau traversé et d'une manière générale elle augmente avec la profondeur.
Les ondes P ou ondes primaires appelées aussi ondes de compression ou ondes longitudinales. Le déplacement du sol qui accompagne leur passage se fait par dilatation et compression successives, parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Ce sont les plus rapides (6 km/s près de la surface, 13 km/s près du noyau) et sont enregistrées en premier sur un sismogramme.
Elles sont responsables du grondement sourd que l'on peut entendre au début d'un tremblement de terre.
- L'onde P comprime et étire alternativement les roches. On l'enregistre bien sur la composante verticale du sismomètre.
une onde P en action !
· Les ondes S ou ondes secondaires appelées aussi ondes de cisaillement ou ondes transversales.
Ces ondes ne se propagent pas dans les milieux liquides, elles sont en particulier arrêtées par le noyau de la Terre.
Leur vitesse est plus lente que celle des ondes P.
- L'onde S se propage en cisaillant les roches latéralement à angle droit par rapport à sa direction de propagation. On l'enregistre bien sur les composantes horizontales du sismomètre.
- Dans un corps anisotrope, l'ondes S se partage en deux ondes avec une vitesse différente. l'onde SH,de polarisation horizontale, et l'onde SV, de polarisation verticale (biréfringence en optique.)
une onde S en action !
La différence des temps d'arrivée des ondes P et S suffit, connaissant leur vitesse, à donner une indication sur l'éloignement du séisme.
Les ondes de volume se propagent un peu comme les rayons lumineux : elles peuvent être réfléchies ou réfractées, c'est-à-dire déviées à chaque changement de milieu, au passage manteau-noyau par exemple (Lois de Descartes, Principe de Huygens, une onde P ou S peut générer des ondes P et S et donner des ondes PP PS SP SS… PKP SKS SKP …PKIKP SKIKS SKIKP…PKJKS…) .
Elles peuvent ainsi suivre des trajets très complexes à l'intérieur de la Terre. Leur temps de parcours dépend de ce trajet, elles n'arrivent pas toutes en même temps au même endroit.
Les ondes de surface
Ce sont des ondes guidées par la surface de la Terre. Leur effet est comparable aux rides formées à la surface d'un lac.
Elles sont moins rapides que les ondes de volume mais leur amplitude est généralement plus forte. Ces ondes sont dispersives.
On peut distinguer :
- L'onde de Love L ou LQ:
- 1911 Théorie de la transmission de l’onde de Love. A-E-H LOVE.
- Elle déplace le sol d'un côté à l'autre dans un plan horizontal perpendiculairement à sa direction de propagation. Le déplacement est essentiellement le même que celui des ondes S sans mouvement vertical. On l'enregistre uniquement sur les composantes horizontales du sismomètre.
- Elle résulte d’interférences constructives entre ondes PH et SH horizontales.
- Les ondes de Love provoquent un ébranlement horizontal qui est la cause de nombreux dégâts aux fondations des édifices.
- L'onde de Rayleigh ou LR:
- 1885 Théorie de l’onde de Rayleigh. Lord Rayleigh.
- 1924-1926 Mouvement rétrograde (R) et direct (H ) de l’onde de Rayleigh. R STONELEY.
- 1939-1946 Ondes couplées ( devance R et H). L-D LEET.
Le déplacement est complexe, assez semblable à celui d'une poussière portée par une vague, un mouvement elliptique à la fois horizontal et vertical, rétrograde à faible profondeur R et prograde pour une profondeur supérieure au cinquième de la longueur d'onde H.
Les vibrations engendrées par cette onde durent plusieurs minutes.
Cette onde est enregistrée sur les trois composantes du sismomètre.
Elle résulte d’interférences constructives entre ondes Pv et Sv verticales.
Les ondes de Love se propagent à environ 4 km/s, elles sont plus rapides que les ondes de Rayleigh.
Les vibrations propres de la Terre
Pour les plus forts séismes, magnitude supérieure ou égale à 8, la courbure de la terre n’est plus négligeable pour les ondes de surfaces de très longue longueur d’ondes (ondes dites du manteau).
L’interférence constructive des ondes de surface produit des vibrations de l’ensemble du Globe. On distingue deux modes, le Ballon mode et le football mode.
