TP15 : Etude de la sismicité au niveau des fosses océaniques

seisme-japon-2011Activité initiale : Etude de la fosse du Japon

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Consignes : Utiliser les fonctionnalités de Sismolog pour etudier la disposition des foyers sismiques au niveau de la fosse du Japon.

  • Sélectionner « Outils » dans le bandeau supérieur puis l’option « coupe ».
  • Dans le menu « Coupe », commencer par « Définir la coupe  » et positionner grâce aux pointeurs le trait de coupe perpendiculairement à la fosse et à l’arc.
  • Dans le menu « Coupe, lancer « Tracer la coupe ».
  • Imprimer la coupe ainsi obtenue.
  • Décrire la disposition des foyers sismiques quand on s’éloigne de la croûte océanique.

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Problème : Comment expliquer à des profondeurs inhabituelles et dans des zones bien délimitées, l’existence de milieux suffisamment rigides pour se fracturer et engendrer des ondes sismiques?

Activité 2 : Enregistrement des ondes sismiques aux Fidji et Tonga

vitesse_ondes_sismique_fidjiiEn 1964, 3 sismologues américains, Jack Oliver, Bryan Isacks et Lynn Sykes examinent l’activité sismique au niveau de la fosse des îles Tonga, dans le Pacifique Sud. Ils enregistrent les ondes sismiques produites par un même séisme profond dont l’épicentre se trouve à égale distance des stations sismiques Fidji et Tonga. Ils observent que les ondes P parviennent deux secondes plus tôt à la station Tonga qu’à la station Fidji.

Une animation pour comprendre : La subduction

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Consignes :

  • Formuler un hypothèse expliquant le décalage temporel des ondes entre les 2 stations.
  • Réaliser l’expérience suivante pour éprouver l’hypothèse.
  • Mettre en place des capteurs piézoélectriques reliés à un ordinateur aux deux extrémités d’une barre de pâte à modeler (mesurer sa longueur) et portée à une température définie (à mesurer).
  • Après un choc à une des extrémités de la barre, enregistrer avec Audacity les passages successifs du train d’ondes sous les deux capteurs.
    Lire la différence de temps d’arrivée entre les deux ondes en sélectionnant la zone intermédiaire entre le moment où les ondes arrivent au niveau des deux capteurs et en lisant la valeur entre parenthèses. Renouveler cette mesure 3 fois pour une même température et calculer le temps moyen.
  • A partir de cette moyenne de temps et en fonction de la distance entre les deux capteurs, calculer la vitesse de l’onde qui a traversé la barre de pâte à modeler (en m/s).
  • Faire la même opération à deux autres températures (forcément plus élevées car la pâte à modeler est congelée au départ)
  • A partir de l’ensemble des résultats, construire un graphique montrant la relation entre la vitesse des ondes sismiques et la température de la pâte à modeler.
  • Conclure en validant ou pas l’hypothèse.

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Activité 3 : Mise en relation des données pour répondre au problème

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Consignes :

  • A l’aide des informations précédentes et de l’interprétation des documents suivants et distribués, répondre au problème.
  • Compléter le coupe au niveau du Japon obtenue avec Sismolog en y ajoutant les données suivantes (Lithosphère, Asthénosphère, cassante, ductile, foyers sismiques, fosse océanique, tracé de la limite lithosphère/asthénosphère, isotherme 1300°C)

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Doc 2 : Isothermes au niveau d’une zone de subduction :
On a pu estimer les températures qui règnent à l’intérieur de la plaque subduite (par modélisation à partir de calcul qui tiennent compte de la nature de la roche et de son comportement thermique) : on trace ainsi les isothermes (ligne à température constante) sous la zone de subduction

Doc 1 : Tomographie sismique au niveau de 4 zones de subduction :
La tomographie sismique peut être assimilée à une sorte de scanner de la Terre. Les différentes couleurs représentes un changement « anormal » de la vitesse des ondes sismiques par rapport à une référence. Vers le bleu cette vitesse devient plus rapide et vers le rouge plus lente.