Sismographe
Un sismographe est un instrument de mesure équipé d'un capteur des mouvements du sol, le sismomètre, capable de les enregistrer sur un support visuel, le sismogramme[1].
Pour obtenir le mouvement tridimensionnel de l'onde sismique, il est nécessaire d'enregistrer trois directions différentes formant un trièdre (en général, une direction verticale, et deux directions horizontales perpendiculaires). Les sismographes sont conçus pour enregistrer une seule composante verticale ou horizontale car la mécanique est différente. Les observatoires sismologiques sont donc équipés de différents sismographes.
Ces instruments sont en général classés selon le type de mesure physique. Les capteurs enregistrant la vitesse du sol sont appelés vélocimètres et ceux enregistrant l'accélération accéléromètres. Il est important de savoir que les accéléromètres utilisés dans le domaine de la sismologie ont une sensibilité très différente de ceux employés dans l'industrie. La réponse instrumentale sert aussi à classer les vélocimètres. Les capteurs ayant une réponse autour de 1 Hz sont appelés courte période et ceux ayant une réponse propre au-delà de 20 s sont appelés longue période. Les capteurs modernes ont souvent une réponse plate sur une vaste gamme de fréquence et sont appelés large bande ou très large bande.
Le bâtiment destiné à abriter les sismographes est appelé station sismique.
Description
Un sismographe est composé d'un capteur, le sismomètre, qui est la partie mécanique sensible[2] et d'un enregistreur.
Sismomètre
Le sismomètre est un capteur qui enregistre le mouvement du support sur lequel il se trouve fixé. Ce terme est le plus souvent employé en sismologie et désigne l'instrument qui enregistre les mouvements du sol.
Un sismomètre est constitué d'une masse très lourde placée sur une barre fixée à une de ses extrémités et qui pivote dans un plan horizontal (pour les deux sismomètres mesurant les composantes horizontales du déplacement) ou dans un plan vertical (pour le sismomètre mesurant la composante verticale).
La masse est reliée au bâti par un ressort. Un aimant, fixé au bâti, entoure le bas du ressort, afin de stabiliser la masse après les secousses, et ainsi éviter que le sismographe n'enregistre des tremblements après la fin du séisme.
La masse, en raison de son inertie, ne bouge pas alors que le bâti de l'appareil, fixé au sol, accompagne les mouvements du séisme.
La plupart du temps, un sismographe est isolé du monde extérieur, pour éviter des perturbations dans les mesures (vent, pression atmosphérique).
Lorsque le sol tremble, la masse reste immobile (grâce à l’accommodation par le ressort) tandis que le bâti suit les vibrations. L’aimant bouge autour de la bobine qui perçoit une variation du champ magnétique. Celle-ci produit alors des impulsions électriques traitées par le boîtier de numérisation. Les signaux sont ensuite transmis aux centres de surveillance.
Le tracé de l’enregistrement des ondes sismiques est le sismogramme.
Un sismomètre classique
Sismomètre passif de la mission Apollo 16
Enregistreur
La barre pivotante est reliée à un crayon qui enregistre les mouvements sur un papier déroulant. En cas de séisme, le papier bouge sous le crayon, le dessin ainsi produit est appelé sismogramme.
Histoire
C’est un Chinois, l’inventeur Zhang Heng, qui créa le premier sismoscope en 132, le Houfeng Didong Yi. Cet ancêtre du sismographe se présentait sous la forme d’un récipient en bronze (d’environ deux mètres de diamètre), contenant un poids suspendu. Huit dragons étaient disposés tout autour du récipient, avec dans la bouche de chacun une boule. Lorsqu’une onde sismique assez importante arrivait, le pendule oscillait dans un sens, ouvrait la bouche d’un dragon et se bloquait pour ne pas déclencher le mécanisme pour un autre dragon. La boule était reçue dans la bouche d’une grenouille, ainsi, il était possible de déterminer la direction dans laquelle avait eu lieu le tremblement de terre, mais non sa distance ou son intensité.
Le sismographe comporte vers 1700 un système comportant une cuvette pleine de mercure. Il indique également l'heure de l'événement au XIXe siècle. Les recherches sur les tremblements de terre de James Alfred Ewing l'amènent à aider Thomas Lomar Gray et John Milne du collège impérial de génie civil pour développer un sismomètre fournissant la composante horizontale des séismes[3].
Notes et références
- Aujourd'hui les sismologues ont tendance à délaisser le terme de sismographe pour celui de sismomètre (ou de station sismique), le ou les capteurs des mouvements du sol n'étant alors plus appelés sismomètres mais simplement capteurs (ou capteurs sismiques). Le terme sismogramme quant à lui ne désigne plus nécessairement un document visuel (sur papier ou sur écran), mais toute forme d'enregistrement des ondes sismiques (signal électrique, fichier numérique, etc.).
Jean-Paul Montagner, Sismologie : La musique de la Terre, Paris, Hachette, coll. « Les fondamentaux », , 158 p. (ISBN 978-2-01-145225-2). - Définition du dictionnaire Larousse pour sismomètre
- (en) Robert Reitherman, Earthquakes and Engineers : an International History, ASCE Press, , 764 p. (ISBN 978-0-7844-1071-4), p. 122 à 125.
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- Musée de sismologie Historique et collections de sismomètres en ligne
- Comprendre les sismomètres Dossiers pédagogiques de l’École et observatoire des sciences de la Terre
- Réseau national de surveillance sismique
- Bureau central sismologique français
- École et observatoire des sciences de la Terre
Bibliographie
- (en) Jens Havskov, Gerardo Alguacil, Instrumentation in Earthquake Seismology, Springer, 2004, 2006, 2010 (ISBN 978-1-4020-2968-4)
- (de) Boris Galitzine, Vorlesungen über Seismometrie, 1914, B. G. Täubner, Leipzig et Berlin.
- Joseph Needham, La Science chinoise et l'Occident. (ISBN 2020046563).
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