Résumé : Les élèves disposent de divers documents concernant le séisme qui a frappé le Japon en mars 2011 (interview d’un géologue, article scientifique, extrait du jt, cartes, schémas, sismogrammes, extrait d’un blog ).








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Sources :WWW Tide and Current Predictor http://tbone.biol.sc.edu/tide/sites_japan.html

Coups de pouce pour l’étape 2 :


A distribuer si besoin.

Coup de pouce n°1 : Je n’arrive pas à expliquer comment s’est formé le tsunami !
Il faut commencer par vérifier si les conditions de formation d’un tsunami sont réunies en localisant la zone où s’est produit le séisme.

Regardez de près la carte et le schéma de la subduction, cela pourrait vous être utile !



Coup de pouce n°2 : Je n’arrive pas à expliquer comment s’est propagé le tsunami !
A quel autre type de vague le tsunami est-il comparé ?

Étudiez-en le modèle et adaptez-le !



Coup de pouce n°3 : Je suis bloqué(e) par le calcul de la célérité du tsunami !
Il faut commencer par déterminer s’il s’agit d’une propagation en eau profonde ou pas !

Vous pourrez alors estimer la célérité du tsunami pour deux zones différentes : près de l’épicentre et près de la côte (pour une la profondeur moyenne de 10 m) par exemple !



Coup de pouce n°4 : Comment la vague a-t-elle pu atteindre une telle hauteur à l’approche des côtes ?
Comment évolue la longueur d’onde à l’approche des côtes ? Qu’est-ce que cela entraîne pour les vagues ?

Que va-t-il arriver à la masse d’eau qui s’accumule sur une faible profondeur ?



Un exercice pour aller plus loin …





Exercice : Qu’est-ce que la magnitude d’un séisme ?
Voici la suite de l’interview du géologue …
Le journaliste : Qu’est-ce que la magnitude sur l’échelle de Richter ?

Le professeur : Cette notion a été introduite en 1935 par l'Américain Charles Richter qui travaillait sur les tremblements de terre californiens et qui cherchait à estimer l'énergie libérée au foyer pour pouvoir comparer les séismes entre eux. Il s’agit donc d’une valeur propre au séisme, indépendante du lieu d'observation, des dommages causés et des témoignages de la population.

Le journaliste : On parle de degrés sur l’échelle de Richter. Qu’est-ce que cela signifie ?

Le professeur : La magnitude de Richter n'est pas une échelle en degrés mais une fonction continue, qui peut être négative ou positive et qui, en principe n'a pas de limite. Mathématiquement, c'est une fonction logarithmique basée sur la mesure de l'amplitude maximale des ondes sismiques sur un sismogramme. La magnitude est définie comme le logarithme décimal de cette valeur ; ce qui signifie que lorsque l'amplitude varie d'un facteur 10, la magnitude change d'une unité.

Le journaliste : Vous me surprenez ! J’avais entendu dire qu’il y avait 9 degrés sur l’échelle de Richter !

Le professeur : En réalité, la valeur minimale de la magnitude est liée à la sensibilité du sismomètre. Un appareil très sensible peut enregistrer une magnitude de l'ordre de -2, équivalente à l'énergie dégagée par la chute d'une brique sur le sol d'une hauteur de 1 mètre. Sa valeur maximale est liée à la résistance de la lithosphère aux forces tectoniques et à la longueur maximum de la faille susceptible de se fracturer d'un seul coup. La magnitude 10 semble être une limite raisonnable compte tenu de la solidité des roches et de la fragmentation des failles. C'est pourquoi on entend parfois parler des 9 degrés de l'échelle de Richter.

Le journaliste : C’est donc une mesure un peu empirique puisqu’elle dépend du sismomètre !

Le professeur : En vérité, l'échelle de Richter est une échelle dépassée et uniquement adaptée aux tremblements de terre californiens. Les magnitudes habituellement citées de nos jours sont en fait des magnitudes de moment (Mw) ; elles sont particulièrement bien adaptées aux gros séismes.

Le journaliste : vous pouvez préciser ?

L'échelle de magnitude de moment est une échelle logarithmique introduite en 1979 par Hanks et Kanamori. La magnitude de moment, notée Mw, est calculée à partir d'un modèle physique de source sismique. C’est un nombre sans dimension défini par : . Les constantes de la formule ont été choisies pour coïncider avec l'échelle de Richter pour les petits et moyens séismes. Dans la formule, M0 désigne le moment sismique en newton.mètre (N.m) qui dépend des contraintes de la source sismique (rigidité, surface rompue …)

Le journaliste : y a-t-il un rapport entre l’énergie libérée lors d’un séisme et la magnitude de moment Mw?

Le professeur : Oui, l’énergie Es rayonnée par les ondes sismiques est proportionnelle au moment sismique M0. Comme , on peut facilement calculer le rapport entre l’énergie libérée par deux séismes dont on connaît la magnitude de moment Mw ! Par exemple, on peut montrer qu'un séisme de magnitude 7 libère à lui seul autant d'énergie qu'une trentaine de séismes de magnitude 6.

Questions :


  1. Quand on parle de l’échelle de Richter, on la qualifie d’échelle locale. Pourquoi ?

  2. Pourquoi avoir défini une nouvelle échelle de magnitude ?

  3. Le séisme du 11 mars a été précédé, le mercredi 9 mars, d’un séisme pratiquement localisé au même endroit.

  1. Quelle était la magnitude (Mw) de ce séisme ?

  2. Comparer l’énergie libérée par ces deux séismes en calculant le rapport d’énergie libérée et commenter le résultat obtenu.




Sources et sitographie :



Le site de l’Institut de Physique du Globe de Paris http://www.ipgp.fr/pages/040117.php

Le site de l’observatoire GEOSCOPE : http://geoscope.ipgp.fr/ avec en particulier la banque de données concernant le séisme de Sendai du 11 mars 2011

http://geoscope.ipgp.fr/seismes/events/2011/japa11070/event.html
Le site de l’USGS (United States Geological Survey) http://www.usgs.gov/ avec en particulier un dossier sur le séisme de Sendai

http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2011/usc0001xgp/
Wikipédia pour l’image de la déferlante, de la Lune et de la ligne de chemin de fer détruite par le tsunami (images libres de droits)
Le site PLANET TERRE de l’ENS Lyon http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-seisme-Sendai-Japon-2011.xml#seisme-Sendai
Le site de l’Université Laval à Québec pour les schémas de propagation des ondes sismiques http://www2.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s1/seismes.html
Les documents pédagogiques de l’Ecole et Observatoire des Sciences de la Terre de Strasbourg (E.O.S.T)

http://eost.u-strasbg.fr/pedago/Accueil.html
Le cours de mécanique des fluides de Marc Rabaud, université Paris-Sud

http://www.fast.u-psud.fr/~rabaud/NotesCoursDEA.pdf

NB : Les « extraits » des cours de géologie et de mécanique des fluides ne sont pas des extraits de cours existant mais ont été conçus par l’auteur de l’activité ; de même pour « l’interview » du professeur de géologie et l’extrait du blog.



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