TP12 – Document 4 : Un argument lié à la propagation des ondes sismiques

 Carte de répartition des stations sismiques ayant enregistré les ondes P du séisme du 28 février 2001 (épicentre dans l’état de Washington, Etats-Unis). Le séisme n’est pas enregistré dans la zone grisée, dénommée zone d’ombre sismique.

Cette observation est valable quel que soit le lieu du séisme. Tous les sismographes situés dans une bande entre 105 et 140° (angle au centre) ne reçoivent aucune onde directe.

 Problème : Comment expliquer cette « disparition » des ondes ?

Activité 1 : Modélisation avec un rayon Laser

Matériel :

Il se compose d’une tablette de contreplaqué (épaisseur 8 à 10 mm) de 150*280 mm, sur laquelle est fixé:

  • Un laser
  • Un rapporteur
  • Un morceau d’agitateur de 4 mm de diamètre dont la fonction sera d’étaler le faisceau laser pour simuler différentes incidences des « ondes ».
  • De boites de Pétri de différents diamètres ( les petites boites peuvent être collées à l’intérieur des boites standards de diamètre 105 mm).
  • D’une pissette remplie d’eau.
  • D’une lame de plastique utilisée comme écran et empêchant la dispersion du faisceau laser.

Consignes :

  • Placer une boîte de pétri seule et vide, allumer le laser et mesurer l’angle qui correspond aux rayons laser arrivants sur l’écran blanc.
  • Refaire la même chose mais en ne mettant de l’eau que dans la boîte centrale et en laissant la grande boîte de pétri vide.
  • Il est possible de faire plusieurs combinaisons…
  • Interpréter les résultats.

Activité 2 :  Recherche de la localisation de cette discontinuité : Utilisation d’un logiciel de simulation « ondes P »

Il s’agit d’un logiciel de simulation montrant la variation des célérités des ondes P en fonction de la profondeur dans le globe terrestre. Plusieurs modèles de la structure interne du globe vont être testés.

Lancer le logiciel et observer une coupe du globe avec un point représentant un épicentre et deux surfaces correspondantes à des zones d’ombre.

1er modèle:

  • Aller dans modèle et entrer le premier modèle : on suppose que la Terre est formée de deux couches : la première avec une célérité moyenne des ondes P de 6,8 km/s et un centre avec une célérité supérieure à 10 km/s; la limite entre les 2 couches étant située à 3000 km de profondeur.
  • Représenter cela sur le graphique en mettant le ou les points nécessaires.
  • Aller dans tracer les rais sismiques.
  • A partir des résultats obtenus, dire si ce modèle de structure interne semble valable. Justifier.

2ème modèle :

  •  Faire les mêmes opérations en supposant que la Terre est formée de deux couches : la première avec une célérité moyenne des ondes P de 6,8 km/s et un centre avec une célérité inférieure à 5 km/s ; la limite entre les 2 couches étant située à 3000 km de profondeur.
  • A partir des résultats obtenus, dire si ce modèle de structure interne semble valable. Justifier.

Modèle usuel :

  •  Aller dans modèle puis dans modèle usuel.
  • Indiquer combien de couches internes peuvent être déterminées.
  • Déterminer les limites de ces couches.

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