Les systèmes de mesure

L’échelle de Richter

 

L’échelle de Mercalli Et les échelles d’intensité

 

1.      L’échelle de Mercalli

2.    L’échelle MSK

 

L'échelle macrosismique européenne EMS-98

 

Les satellites

 

1.      Topex/Poséidon

2.    Jason

3.    Topex/Poséidon et Jason pour mieux décrypter les océans…

4.    Demeter

5.    Le Tsunami de Sumatra, les données satellitaires du CNES et de la NASA

6.    L’action du Centre National d'Études Spatiales après la catastrophe de décembre 2004

7.    L’altimétrie radar 

8.    Images satellites de la région touchée par le tsunami de décembre 2004

 

Le sismomètre

 

1.      Qu’est-ce qu’un sismomètre ?

2.    Les sismomètres vertical et horizontal

3.    Il existe deux types de sismomètres

4.    Un tracé de séisme s'appelle un "sismogramme"

5.    A l’époque…

6.    De nos jours…

7.    Les principaux réseaux de détection sismique

8.    A quoi servent les données recueillies ?

9.    Et l’instrumentation numérique ?

10.  Réseau régional

11. Réseau temporaire ou mobile 

12.  Le Réseaux français d'observation et de surveillance sismiques

 

Le marégraphe

 

1.      Qu’est-ce qu’un marégraphe ?

2.    Comment est constitué un marégraphe ?

3.    Des données plus précises…

4.    Réseaux de marégraphes

5.    Les Marégraphes côtiers numériques

 

 

 

L’échelle de Richter

C’est en 1935 que fut instaurée l’échelle de Richter par Charles Francis Richter et Beno Gutenberg. Elle est dite objective, parce qu’elle est basée sur les mesures faites par les sismographes Elle exprime la magnitude d'un séisme, c’est-à-dire l’énergie emmagasinée puis relâchée au moment du séisme. C’est la longueur de faille où se fait la rupture qui la détermine.

La magnitude est calculée à partir de la quantité d'énergie dégagée au foyer. Elle correspond au logarithme de la mesure de l'amplitude des ondes de volumes (de type P et S), à 100 kilomètres de l'épicentre. C’est pour cela que l’on dit que la magnitude est une échelle logarithmique.

 

La formule de la magnitude utilise le logarithme décimal…

ML = logA - logA0

A représente l'amplitude maximale relevée par le sismographe et A0 une amplitude de référence.

Grâce à cette équation, on constate que les ondes sismiques d'un séisme de magnitude 6 ont une amplitude dix fois plus grande que celles d'un séisme de magnitude 5.

Voir séisme du 22 mai 1960

 

Classification des séismes selon l’échelle de Richter

En dessous de 2 : séisme micro, non ressenti

De 2,0 à 2,9 : séisme très mineur, non ressenti mais enregistré par les sismomètres

De 3,0 à 3,9 : séisme mineur, ressenti mais ne causant généralement aucun dommage

De 4,0 à 4,9 : séisme léger, secousses d'objets à l'intérieur des maisons, créant quelques dommages légers

De 5,0 à 5,9 : séisme modéré, pouvant causer des dommages majeurs à des édifices mal conçus par exemple et de légers dommages aux édifices stables

De 6,0 à 6,9 : séisme fort, pouvant être destructeur dans des zones jusqu'à 180 kilomètres autour dans les zones peuplées

De 7,0 à 7,9 : séisme majeur, pouvant être destructeur dans des zones plus vastes encore

De 8,0 à 8,9 : séisme important, pouvant causer des dommages sérieux dans des zones se trouvant à des centaines de kilomètres autour

A partir de 9 : séisme exceptionnel dont la fréquence est généralement de 2 par siècle

 

 

 

 

Mais l’échelle de Richter ne permet pas d'évaluer l'intensité d'un séisme dans un endroit donné et précisément dans les zones urbaines. Pour cela on utilise l’échelle de Mercalli ou l’échelle MSK  qui sont des échelles d’intensité.

Notons qu’à l'inverse de la magnitude qui se calcule, l'intensité d'un séisme ne peut donner lieu qu'à une estimation. De plus, la magnitude est une valeur associée uniquement au séisme. L'intensité, elle, est associée au lieu d'observation. C’est pour cela, par exemple, que l’échelle de Mercalli est subjective, fondée uniquement sur l'étendue des dégâts observés.

Depuis peu, une nouvelle échelle d’intensité a été adoptée par les pays européens : EMS 98 (European Macroseismic Scale 1998). La France l'utilise depuis janvier 2000.

 

 

 

L’échelle de Mercalli

Et les échelles d’intensité

 

 

 

L’échelle de Mercalli a été introduite par le sismologue italien Giuseppe Mercalli au début du 20e siècle. Elle est donc antérieure à l’échelle de Richter.

Cette échelle a été modifiée en 1956 puis a été remplacée en 1964 par l’échelle MSK (du nom de ses auteurs : Medvedev, Sponheuer et Karnik). En 1992, les pays européens ont adopté l’échelle EMS 92 (European Macroseismic Scale), puis l’EMS 98 que la France utilise depuis janvier 2000.

 

L’échelle de Mercalli

L’échelle de Mercalli n’a pas de base mathématique. Elle indique l'intensité d'un séisme sur une échelle de chiffres romains de I à XII. Cette intensité est déterminée par deux choses:

▪ L’ampleur des dégâts causés par un séisme

▪ La perception qu'a eu la population du séisme

 

 

Bien qu’on lui préfère l’échelle de Richter, plus objective, l’échelle de Mercalli se révèle utile pour évaluer les séismes du passé.

Les séismes de XI à XII sur l'échelle de Mercalli peuvent être mis en corrélation avec des magnitudes de 8 à 9 sur l'échelle de Richter.


 

L’échelle MSK

 

 


 

 

 

 

L'échelle macrosismique européenne

EMS-98

 

 

 

En Europe, on utilise dorénavant l'échelle d'intensité dite EMS-98 (European Macroseismic Scale 1998), appartenant, comme l'échelle MSK qui l'a précédée, à la famille des échelles d'intensité.

 

Elle s'intéresse aussi bien au site, aux fondations, à la forme architecturale, à la structure porteuse, qu'aux éléments non structuraux et aux façades.

 

Cette échelle est la première échelle d'intensité à être illustrée. Elle comprend des dessins représentent graphiquement ce que l'on entend par degrés différents de dégâts.

 

Définition des degrés d'intensité

Elle comprend 12 degrés d’intensité, chacun précisant trois points bien distincts :

a) Effets sur les humains

b) Effets sur les objets et sur la nature

c) Dégâts sur les bâtiments

 

 

 

L’échelle d’intensité EMS-98 est la première échelle d'intensité conçue pour encourager la coopération entre ingénieurs et sismologues.

 

Voir la version complète de l’EMS-98 :

http://www.gfz-potsdam.de/pb5/pb53/projects/ems/fr/core/EMS_fr_emsa_cor.htm

 

 

 

 

 

Les satellites

 

 

Depuis l'espace, les satellites observent avec une précision extrême les océans : la vitesse des vents et des courants, les variations du niveau de la mer, la hauteur des vagues, la température de surface...

 

 

 

 

 

Topex/Poséidon et Jason  sont des missions satellitaires conjointes de la NASA et du Centre National d'Études Spatiales (CNES). Les deux missions ont pour principal objectif d’effectuer des mesures à long terme de la hauteur de la surface de la mer afin de mieux comprendre la circulation océanique et ses effets sur le climat.

 

 

Topex/Poséidon

 

 

 

Le satellite franco-américain Topex/Poséidon a été lancé par la fusée Ariane en août 1992 à 1336 Km d'altitude. Le satellite possède à son bord, outre des systèmes de positionnement spatial (réflecteurs laser, système radioélectrique DORIS et Global Positioning System), une instrumentation radar propre à mesurer très précisément (à 2 ou 3 cm près) son altitude par rapport à la surface de la mer. Cette instrumentation est constituée de deux altimètres :

-         Topex (ALT, NASA) et

-         Poséidon (SSALT, Centre National d'Études Spatiales CNES).

 

Topex/Poséidon scrute la surface des océans et communique aux scientifiques les moindres changements d'état du milieu océanique. Il utilise des systèmes avancés d'altimétrie radar qui permettent d'effectuer des mesures précises et répétitives du niveau des océans, en vue d’établir des cartes de topographie dynamique. L'orbite choisie pour le satellite et les instruments embarqués fournissent, outre la mesure du niveau de la mer, une cartographie des courants marins, comme le Gulf Stream, et le suivi de leurs effets sur les changements climatiques globaux. Les mesures altimétriques permettent aux scientifiques d'étudier les marées, les vagues, la géophysique et les vents marins.

 

La mission Topex/Poséidon est la plus importante des collaborations CNES/NASA. Sa mission s'inscrit dans le cadre des études sur l'évolution globale du climat et de son interaction avec les grands courants océaniques.

 

 

                                                            Voir le site : http://www.obs-azur.fr/cerga/gmc/GEODESIE/ALT/TP.html

 

 

Jason

 

La mission Jason, menée conjointement par le CNES et la NASA, assure la continuité du programme Topex/Poséidon.

 

Premier satellite à bénéficier du programme Proteus, Jason est conçu sous la forme d'un minisatellite de moins de 500 Kg (contre 2,5 tonnes pour Topex/Poséidon). Il observe la topographie des océans en temps quasi réel, ouvrant ainsi la voie à l’océanographie opérationnelle.

 

Il a été lancé le 7 décembre 2001 par une fusée Boeing Delta 2 en compagnie du satellite scientifique américain Timed, depuis la base de Vandenberg en Californie.

 

 

 

 

Jason doit assurer le passage, souvent difficile, de la recherche aux applications. Jason permettra alors de fournir des bulletins météorologiques pour les flottes de pêche, et de prévoir les grands événements climatiques anormaux.

 

 

 

Illustration du satellite d'observation des océans Jason.

La mission Jason, menée conjointement par le CNES et la NASA, assure la continuité du programme Topex/Poséidon.

Copyright : © CNES/ill.D.DUCROS,1999

 

 

 

 

 

 

 

Premier résultat Jason : carte de la distribution des hauteurs de vagues (de 0,50 m à 6 m).Carte de la distribution géographique des hauteurs de vagues, de 50 m à 6 m. Période du 25/01/2002 au 04/02/2002.On peut y voir notamment de très fortes vagues en Atlantique Nord qui ont pu être corrélées parfaitement avec les situations météorologiques rencontrées à cette époque (succession de fortes dépressions atmosphériques passant sur l’Atlantique Nord et l’Europe.) Copyright : © CNES

 

 

Illustration du minisatellite d'observation des océans Jason 2 sur vague. La mission Jason 2, appelée OSTM (Ocean Surface Topography Mission), est à l’étude pour un lancement courant 2008 afin d’assurer la continuité des observations après Jason 1, toujours dans un schéma de coopération avec les Etats-Unis.

Copyright : © CNES/ill.D.DUCROS,2004

 

 

 

 

TOPEX/POSEIDON et JASON pour mieux décrypter les océans…

 

 

 

Le satellite océanographique Topex/Poséidon, mis au point par la NASA et le CNES, observe depuis 12 ans la circulation océanique globale et son effet sur le climat. D’un autre côté, le satellite Jason, en orbite depuis décembre 2001. Leur réunion en septembre 2004 est appelée par les scientifiques, la mission tandem Jason-Topex/Poséidon.

Le satellite Topex/Poséidon a été déplacé de son orbite initiale, à mi-distance de l'orbite du satellite Jason. Depuis, les deux satellites volent de concert, côte à côte, balayant la surface océanique avec un échantillonnage deux fois plus dense.

 

Cette mission « tandem » a pour résultats :

Des données d'une résolution exceptionnelle sur la hauteur de la surface des océans (paramètre clé du stockage de chaleur dans l'océan qui affecte le climat d'aujourd'hui et les événements climatiques planétaires de demain). Les données topographiques de la surface de l'océan sont d'une résolution deux fois meilleure et produisent ainsi des enregistrements radar continus et simultanés de qualité supérieure qui seront utilisés pour cartographier la vitesse et la direction des courants de surface de l'océan.

 

Ces données permettront aux scientifiques de mieux détecter et comprendre les courants, les marées et les tourbillons océaniques. Elles permettront aussi d'améliorer les modèles océanographiques ainsi que leurs capacités de prévision des courants océaniques.

 

 

 



Illustration du schéma de fonctionnement du satellite d'océanographie Jason. L'altimètre Jason mesure la distance entre le satellite et la surface de la mer ; les systèmes d'orbitographie (Doris) permettent de calculer l'altitude du satellite. La différence de ces deux quantités donne la hauteur du niveau de la mer qui inclut l'effet de géoïde (déformation du niveau de la mer sous l'action du potentiel terrestre) et l'effet de la circulation océanique (la topographie dynamique).La mission Jason, menée conjointement par le CNES et la NASA, assure la continuité du programme Topex/Poséidon. Copyright : © CNES/ill.D.DUCROS,1998

 

 

 

Zone de Texte: Les données permettront une amélioration de la connaissance sur : -  les marées océaniques dans les régions côtières et dans les eaux peu profondes, -  l'évolution des transports des courants limitrophes,-  le transport horizontal de chaleur océanique et autres éléments caractéristiques ayant un impact sur le climat…

 


 

 

Au-delà de Jason et de la mission tandem, les ingénieurs et les scientifiques sont déjà en train de développer des techniques de mesures océanographiques offrant une résolution encore plus fine :

 

C'est le cas du WSOA proposé par le JPL, un radar altimètre interférométrique capable de mesurer la topographie de la surface de l'océan sur une fauchée de 200 Km à la verticale du satellite.

Un tel instrument permettra d’observer la quasi-totalité de la surface de l'océan et de la restituer avec une résolution d'environ 15 Km (8 fois plus fine que celle de la mission tandem actuelle).

Ce nouveau concept devrait être testé et évalué à bord du nouveau satellite qui assurera la suite de la mission Jason actuelle à partir de 2007, et ce dans le cadre d'un partenariat entre le CNES, la NASA, l'agence européenne EUMETSAT et la NOAA.


 

 

Zone de Texte: Source (Communiqué de presse CNES du 31 juillet 2003) : http://www.cnes.fr/html/_115_612_.phpWSOA : Altimeter JPL : Jet Propulsion Laboratory (NASA)NOAA : National Oceanic and Atmospheric Administration

 

 

 


 

 

 

 

Demeter

 

Le 29 juin 2004, le missile Satan lançait un petit satellite français de 120 Kg : Demeter ((Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions).

 


 

Zone de Texte: La mission de Demeter… Ce satellite a pour mission d’étudier pendant 2 ans les perturbations ionosphériques associées aux tremblements de terre, éruptions volcaniques et raz-de-marée, mais aussi les perturbations de l’environnement électromagnétique de la planète liées à l’activité humaine.


 

En effet, les scientifiques soupçonnent depuis très longtemps l’existence d’une relation entre les mouvements de l’écorce terrestre et les perturbations électriques et magnétiques dans la haute atmosphère. De récentes recherches semblent démontrer qu’une augmentation de l’intensité des ondes électromagnétiques est décelable quelques heures avant certains phénomènes naturels, comme les séismes mais également les éruptions volcaniques ou les raz-de-marée. La mission Demeter devrait permettre de mieux comprendre ces phénomènes.

 

 

Copyright © CNES-Novembre 2003/Illustration D. Ducros

 

 

 

 

Demeter est le premier projet de la filière micro-satellite MYRIADE du CNES laquelle permet de réaliser, depuis 1996, des missions scientifiques, d’applications ou technologiques à coût réduit. Ce concept de microsatellite, modulaire et léger, ouvre de nouvelles possibilités à la communauté scientifique. Grâce à ces technologies, il devient possible de réaliser à moindre coût et plus rapidement des satellites de cette catégorie pour des missions répondant à des objectifs de premier plan sur des sujets scientifiques plus risqués.

 

Les instruments de ce satellite : des capteurs électriques, des capteurs magnétiques, un analyseur de plasma, une sonde de Langmuir, un détecteur de particules.

 

Demeter a survolé l’épicentre du séisme du 26 décembre 9 heures avant la catastrophe. Ses enregistrements sont parvenus aux chercheurs du CNRS d'Orléans, responsables scientifiques de la mission  qui tentent de mieux comprendre les séismes.

 

Durant sa mission, Demeter devrait survoler 400 à 500 séismes d'une magnitude supérieure à 5.

Zone de Texte: L'ionosphère est une région de l'atmosphère située entre la mésosphère et la magnétosphère, c'est à dire entre 60 et d'altitude. Elle est constituée de gaz fortement ionisésVoir : http://smsc.cnes.fr/DEMETER/Fr/lien5_science.htm

 

 

 
Zone de Texte: Voir : http://smsc.cnes.fr/DEMETER/Fr/ et http://lpce.cnrs-orleans.fr/fr/experim/t_exper9-1-1-3.htmLa filière micro-satellite MYRIADE : http://smsc.cnes.fr/MYRIADE/Fr/index.htm

 

 

 


 

 

 

 

Le Tsunami de Sumatra, les données satellitaires du CNES et de la NASA :

Pour la première fois, des satellites en orbite ont observé et mesuré en pleine mer un tsunami majeur, celui de l'Océan Indien provoqué par le séisme de magnitude 9 survenu le 26 décembre au sud-ouest de l'île de Sumatra. Les mesures, très précieuses pour les chercheurs du monde entier, aideront à mieux comprendre ces événements.

Les satellites ont survolé le golfe du Bengale à 150 Km l’un de l’autre, deux heures environ après le séisme.

«La probabilité d’obtenir, pour un endroit donné, des observations d’un événement tel que celui-ci dans un intervalle de deux heures est très faible. Jason a réussi à capter les signaux du tsunami par opportunité, mais cela présente un intérêt immense pour les océanographes du monde entier » a déclaré le Dr Philip Callahan du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena en Californie qui recherche les signaux de tsunamis dans les données satellitaires d'altimétrie radar depuis le lancement de Topex/Poseidon en 1992.

 

Zone de Texte: Ce qu’ont mesuré les satellites : ► Une augmentation maximale (écart par rapport à une situation normale) de l’élévation du niveau de la mer de en pleine mer, à environ au sud du Sri Lanka sur la crête principale du tsunami déferlant depuis le golfe du Bengale. Cette surélévation du niveau de la mer est suivie d’une dépression d’environ de la surface océanique en dessous de la normale. ► La distance entre une crête de l’onde et la suivante était alors de environ. Une deuxième onde a succédé à la première, avec une hauteur de au-dessus de la normale. Près de l’extrémité nord du golfe, deux ondes d’une hauteur respective de 40 et au-dessus de la normale étaient en train de gagner les côtes de Myanmar. Se propageant dans le golfe du Bengale à partir de la zone du séisme vers le large depuis l’ouest de Sumatra, ces ondes de tsunami ont finalement atteint des eaux peu profondes le long des côtes de Sumatra, du Sri Lanka, de et du sud de l’Inde. ► Leur vitesse enregistrée en pleine mer a diminué, passant de celle d'un avion à réaction, 800 km/heure, à environ 32km/heure, transformant l’onde se propageant en pleine mer avec une hauteur de ou moins en des murs d’eau de près de ayant un potentiel de destruction considérable.

 

 

 

 

«Les observations réalisées par Jason et Topex/Poseidon sont uniques et très précieuses pour la validation et l’amélioration des modèles numériques de tsunamis ainsi que pour le développement des futurs systèmes d’alerte aux tsunamis », a indiqué le Dr Lee-Lueng Fu du JPL, responsable scientifique du projet Topex/Poseidon et Jason, «Il faut actuellement au moins 5 heures pour traiter des données satellitaires d’altimétrie radar, qui ne peuvent donc pas être utilisées par les systèmes d'alerte pour ces événements », a précisé le Dr Fu.

 

La NASA et le CNES travaillent en collaboration avec la NOAA et l'Organisation Européenne pour l'Exploitation des Satellites Météorologiques (EUMETSAT), sur la prochaine mission d'altimétrie radar dénommée « Mission de topographie de la surface des océans » (Ocean Surface Topography Mission, OSTM), dont le lancement est prévu en 2008. Elle devrait permettre à la mesure altimétrie radar de devenir une observation de routine pour ces organisations.

 

Zone de Texte: Des informations complémentaires sont disponibles aux adresses suivantes :http://sealevel.jpl.nasa.gov/ et http://www.jason.oceanobs.com/html/portail/general/welcome_uk.php3.Source (Communiqué de presse CNES/NASA) : http://www.cnes.fr/html/_115_3059_.php

 

 



 

 

 

L’action du Centre National d'Études Spatiales après la catastrophe de décembre 2004

 

Les satellites d'observation de la Terre participent à la gestion des crises dues aux catastrophes naturelles. Les archives Spot (plus de 10 millions d'images acquises depuis 1986), la capacité de "revisite" quotidienne de chaque point du globe et la possibilité de programmer des prises de vue permettent généralement la comparaison des données "amont - aval" et contribuent ainsi à une analyse des dégâts et des besoins pour la conduite des opérations sur le terrain. Le programme Spot est développé par le Centre National d'Études Spatiales (CNES) conjointement avec la Suède et la Belgique. Spot Image est l’opérateur commercial du système Spot.

Dans le cadre de la charte internationale des agences spatiales sur la gestion des catastrophes naturelles, le CNES a donc fourni, à la demande de différentes organisations internationales, dont l'ONU, des images d'archives des satellites Spot.

Il a procuré une aide directe aux équipes de la sécurité civile française sur place au Sri-Lanka en leur fournissant les données spatiales et produits cartographiques réalisés à partir de l'ensemble des données obtenues des divers satellites d'observation de la Terre : Spot (France), Radarsat (Canada), IRS (Inde), Envisat (ESA), ...

Par ailleurs, dans le cadre d’une coopération existant depuis deux ans en matière de télé-médecine entre le CNES, Médès, Indocomputech et un certain nombre d’hôpitaux indiens, le CNES met à disposition :

 

 

Zone de Texte: Indocomputech : société privée indienne de diffusion et commercialisation de matériels, logiciels et services de télé-médecine.Source (Communiqué de presse CNES/NASA du 31 décembre 2004) : http://www.cnes.fr/html/_115_3006_.php

 


 

 

 

 

L’altimétrie radar

 

 

L’altimétrie radar permet de mesurer, au centimètre près, la hauteur des mers et de d’enregistrer les variations des océans.

 

Basé sur une technique de mesure d’altitude, le satellite altimétrique récolte une énorme quantité de données sur la circulation océanique.
Installé sur un satellite, l’altimètre est un appareil radar : il émet un signal à très haute fréquence (environ 2 000 impulsions par seconde) à la verticale du satellite. Ce dernier voyage jusqu’à rencontrer un obstacle. L’antenne de l’altimètre reçoit en retour « l’écho radar » réfléchi.

 

Le temps écoulé entre l’émission du signal et la réception de l’écho permet, par calcul, d’obtenir la distance entre l’obstacle (l’océan) et le satellite : elle est obtenue par simple multiplication du temps par la vitesse de la lumière.

 

L’observation des océans se heurte à un obstacle majeur : les ondes radio ne pénètrent pas en profondeur, les mesures se limitent donc à la surface. La hauteur des mers par rapport à la Terre doit ensuite être estimée d’après une surface de référence terrestre choisie arbitrairement.

En pratique, cette mesure théorique doit, pour atteindre le niveau de précision souhaité, subir des corrections qui tiennent compte des perturbations du satellite sur son orbite et de celles des ondes lors du passage dans l’atmosphère.

 

Source : http://www.cnes.fr/html/_107_449_451_.php

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Images satellites de la région touchée par le tsunami de décembre 2004

 

Image Spot 5 de la région d'Aceh, Sumatra, Indonésie

En comparant avec l'image du 8 décembre 2004, l'étendue de la zone recouverte par l'eau est parfaitement identifiable sur l'image du 29 décembre 2004.

 

    

                                                                  

Le 8 décembre 2004     

Le 28 décembre 2004

 

Copyright : : © CNES 2004 Distribution Spot Image Processing CRISP

 Cliquez sur les images pour les agrandir.

 

 

 

 

 

Image Spot 4 de la côte thaïlandaise

Cette image acquise le 26 décembre 2004 en 10 m couleur montre 3 vagues très marquées au large de la côte thaïlandaise.

Copyright : © CNES 2004 Distribution Spot Image Processing CRISP

 

 

 

 

Zone de Texte: Pour en savoir plus ...http://www.cnes.fr/activites/programmes/topex/1sommaire_topex.htmhttp://www.cnes.fr/html/_.phphttp://www.cnes.fr/html/_107_449_.php

 

 


 

 

 

 

Le sismomètre

 

 

Qu’est-ce qu’un sismomètre ?

 

Un sismomètre (ou séismomètre ou sismographe) est un appareil mesurent l’activité sismique du sol. Il est capable de détecter de très petits mouvements du sol et de les enregistrer.

 

Il se compose généralement d'un capteur, d'un amplificateur, d'un transducteur et d'un enregistreur.

Le sol pouvant bouger selon les trois axes x, y et z, on utilise donc trois appareils, chacun enregistrant les déplacements dans une direction donnée (une verticale et deux horizontales, est-ouest et nord-sud) caractérisant ainsi le mouvement global du sol.

Il existe maintenant des sismomètres dits « triaxiaux » capables de mesurer l’ensemble des trois composantes.

 

 

Les sismomètres vertical et horizontal

 

Le sismomètre vertical est constitué d'une masse très lourde placée sur une barre fixée à une de ses extrémités et qui pivote dans un plan vertical (car il mesure la composante verticale).

Le sismomètre horizontal utilise lui le principe du pendule horizontal.



 

Zone de Texte: Il existe deux types de sismomètres·	les sismomètres dits « longue période » ou large bande, "LP" ou "LB", dont la période propre est centrée sur 20 ou 30 secondes. Ils détectent les basses fréquences entre 0,03 à 0,l Hertz (Hz). Elles se propagent sur de grandes distances et peuvent être détectées loin du centre d'émission. ·	les sismomètres dits « courte période » ou CP, dont la période propre est centrée sur une seconde approximativement. Ils détectent les hautes fréquences supérieures à 1 Hz, qui se propagent sur des distances beaucoup plus courtes. Les sismomètres " courte période " sont surtout utilisés pour étudier les ondes de volume et la sismicité proche et régionale.

 


 

 

Sismomètre vertical longue période                                              Sismomètre horizontal longue période

       Copyright : © CEA 2005                                                   Copyright : © CEA 2005

 

Site : http://www-dase.cea.fr/public/dossiers_thematiques/sismometres/description.html

 

 

 

 

Un tracé de séisme s'appelle un "sismogramme"

 

Exemple du sismogramme du 26 décembre 2004 au Nord de l’île de Sumatra :

 

 

Copyright © : RéNaSS http://renass.u-strabg.fr

 

 

 

A l’époque…

 

Dans les modèles anciens, la barre pivotante était reliée à un crayon qui enregistrait les mouvements sur un papier déroulant. Aujourd'hui, le principe utilisé est toujours le même, mais la barre est reliée à un système électronique qui enregistre les données sous forme numérique. Ainsi, on ne parle plus de « sismographe », terme réservé aux instruments traçant directement le signal sur papier, sans autre mémorisation. Les ordinateurs et leur mémoire numérique les ont rendus obsolètes et le terme « sismomètre » est devenu générique.

Voir des animations des différents sismographes sur le site : http://www.ac-nantes.fr/peda/disc/svt/seisme85_2/sismogra.htm

 

 

 

De nos jours…

 

 

Actuellement on utilise surtout des sismomètres électromagnétiques. Ils ne mesurent pas le mouvements du sol mais la vitesse de mouvement du sol. Ces sismomètres sont composés d’un pendule auquel est lié une bobine d’induction qui se déplace dans un champ magnétique ; le signal électromagnétique est amplifié électroniquement, transformé en courant électrique et enregistré sous forme numérique et/ou graphique.

 

Zone de Texte: Principe des sismomètres électromagnétiquesUn sismomètre est composé d'un aimant suspendu par des ressorts à ses extrémités à l'intérieur d'une bobine. Lorsque des ondes sismiques arrivent au niveau du sismomètre, la bobine légère et solidaire du sol, suit les vibrations. L'aimant a une vibration propre, qui est beaucoup plus lente que celle de la bobine. Ceci provoque une variation du champ magnétique dans la bobine qui génère alors un courant induit alternatif. Ce courant, qui est le signal, est amplifié et envoyé à l'Observatoire Volcanologique en temps réel. Puis le signal est traité électroniquement, enregistré par ordinateur, et/ou transcrit graphiquement sur papier.

 

 



 

 

 

 

Les principaux réseaux de détection sismique

L'International Seismological Center (ISC) installé à Newbury (Grande Bretagne)

■ Le National Earthquake Information Service (NEIS) du Geological Survey (Etats-Unis)

■ Le Centre Sismologique Euro-Méditerranéen (CSEM) installé à Paris

■ Le Bureau Central Sismologique Français (BCSF) à Strasbourg

■ Le Laboratoire de Détection et de Géophysique (LDG) du Centre d'Etude Atomique (CEA) en région parisienne

Ces centres recueillent les données sismiques et les regroupent, ce qui permet de déterminer les coordonnées et la magnitude d’un séisme.

 

 

 

Zone de Texte: Sites InternetISC: http://www.isc.ac.uk/NEIS : http://wwwneic.cr.usgs.gov/CSEM : http://www.emsc-csem.org/BCSF : http://www.seisme.prd.fr/CEA : http://www-dase.cea.fr/

 

 

 


A quoi servent les données recueillies ?

Ces données permettent la localisation des tremblements de terre et l'analyse des grandes structures internes du globe.

Grâce à un réseau de plusieurs milliers de stations distribuées sur l'ensemble de la planète, il est possible de déterminer l'hypocentre de tous les séismes de magnitude supérieure à 4, et ce, quelle que soit leur région d'origine.

 

Et l’instrumentation numérique ?

Elle offre la possibilité de traiter des centaines d'enregistrements très rapidement. Des réseaux sont en cours d'installation dans plusieurs pays. Le programme français GEOSCOPE, lancé en 1982 par l'Institut National des Sciences de l'Univers (INSU), a été le premier a installer un réseau mondial utilisant les stations sismiques numériques et il compte actuellement 25 stations dans le monde entier.

 

Réseau régional

Pour une observation plus fine, plus régionale. Ce type de réseau comprend plusieurs stations placées autour des zones répertoriées. En France l'interprétation des données se fait localement par le RéNaSS (Réseau National de Surveillance Sismique).


Réseau temporaire ou mobile 

Les réseaux temporaires sont utilisés pour des opérations spécifiques, ponctuelles et limitées dans le temps : par exemple, pour étudier la sismicité d'une région où l'on veut implanter un barrage, une centrale nucléaire. Ils sont également utilisés après un séisme majeur, près de l'épicentre, pour enregistrer les petits séismes qui suivent le tremblement de terre important., précieuses informations pour la compréhension du séisme majeur.

Le Réseaux français d'observation et de surveillance sismiques

La surveillance en temps réel de l'activité sismique du territoire est assurée 24h/24 par le Réseau national du Laboratoire de Détection Géophysique (LDG) du CEA de la région parisienne et par le Réseau National de Surveillance Sismique (RéNaSS) installé à Strasbourg.
Ces réseaux fournissent en moins d’une heure au Bureau central sismologique français (BCSF), les principaux paramètres des séismes importants survenant en France ou dans les régions frontalières.


Source : http://eost.u-strasbg.fr/pedago/fiche1/reseaux.fr.html

 

 

 

 

 

Le marégraphe

 

 

Qu’est-ce qu’un marégraphe ?

 

Le marégraphe (ou marémètre) est un appareil gradué qui enregistre automatiquement la hauteur du niveau de la mer en fonction du temps en un lieu donné, en éliminant l’influence des vagues, des clapotis, et donnant à tout moment une indication visuelle du niveau de la mer.

Les lectures ont une précision de l’ordre de quelques centimètres, mais si elles sont faites régulièrement, elles peuvent donner de bonnes estimations pour la navigation et une moyenne annuelle du niveau de la mer.

 

Les premiers marégraphes ont vu le jour au 17ème siècle, et se sont perfectionnés au fil du temps.

 

Zone de Texte: Comment est constitué un marégraphe ?Un marégraphe est constitué d’un cylindre vertical de  de diamètre qui se termine par un cône muni d’un orifice de . Le faible orifice permet de limiter le débit de l’eau et donc l’influence des vagues sur la mesure. En revanche, les phénomènes de plus grande période sont mesurés à l’aide d’un flotteur relié par un fil à un enregistreur.  Les mesures fournies par les marégraphes ne sont pas directement exploitables pour la mesure du niveau global des océans. En effet, en dehors de la mesure d’une éventuelle évolution du niveau des océans, le marégraphe enregistre également les marées, les effets de la circulation océanique, les réponses de l’océan aux conditions météorologiques,  ainsi que des mouvements du sol au niveau du lieu de mesure.

Zone de Texte: Des données plus précises…Aujourd’hui certains appareils plus précis calculent le temps nécessaire pour une onde pour faire le chemin entre l’enregistreur et la surface de l’eau (aller et retour). Cette mesure se fait typiquement toutes les six minutes.Des valeurs plus exactes sont données par le satellite franco-américain Topex-Poséidon qui estime en moyenne une élévation de 2,5 mm/an depuis 1993 (à près).

 

 

Les réseaux de marégraphes…

RONIM, le réseau de marégraphes mis en oeuvre par le Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM). http://www.sonel.org/francais/ronim_fr.htm, http://www.shom.fr/fr_page/fr_act_oceano/maree/maree14_f.htm


ROSAME : le réseau ROSAME (Réseau d'Observation Sub-Antarctique et Antarctique du niveau de la Mer) est implanté sur les Terres Australes et Antarctiques Françaises (TAAF). Il est développé par le laboratoire LEGOS du CNRS avec le soutien de l'INSU et de l'IFRTP. Sur chaque sites a été mis en place une station marégraphique côtière qui mesure : la pression de fond de l'eau de mer, la température de l'eau de mer, la pression atmosphérique, la position absolue d'une référence fixe par rapport au centre de masse de la Terre.
http://www.sonel.org/francais/rosame_fr.htm

SONEL est un réseau qui intègre des données marégraphiques de RONIM mais y ajoute des mesures géodésiques par GPS permanents. C'est un réseau mis en place en partenariat par le SHOM et l'IGN. http://sonel.ensg.ign.fr/

GLOSS : le réseau de marégraphes coordonné par la Commission Océanographique Intergouvernementale de l'UNESCO. http://www.pol.ac.uk/psmsl/programmes/gloss.info.html


ESEAS (European Sea Level Service)
http://www.eseas.org/abouttheeseas/

 

 

Zone de Texte: Marégramme Courbe de marée enregistrée automatiquement par un marégraphe. La hauteur du niveau de la mer est donnée généralement par les ordonnées et le temps est représenté par les abscisses.

 


 

 

Les Marégraphes côtiers numériques

 

Depuis 1992, le SHOM a décidé de placer sur les côtes françaises un réseau de marégraphes numériques permanents à ultrasons, appelés MCN (marégraphes côtiers numériques). Les données acquises sont retransmises régulièrement par modem, via le réseau téléphonique, à l'EPSHOM.

Le MCN est équipé d'un transducteur ultrasonore. Ce transducteur, placé au-dessus de la surface de l'eau, émet un court train d'impulsions ultrasonores (40-50 kHz) et détecte le signal réfléchi. Le temps écoulé entre l'émission et la réception du signal est traduit en hauteur d'eau; la variation de cette hauteur d'eau est liée directement à la marée. Le transducteur est placé dans un puits de tranquillisation permettant de filtrer la houle et le clapot extérieurs. Le puits de tranquillisation sert par ailleurs de guide d'onde et empêche l'onde ultrasonore d'être perturbée par les flux d'air (vent). Globalement le transducteur perd 50% de sa portée hors puits ou conduit.

Le MCN enregistre une mesure périodiquement. Cette mesure est une moyenne effectuée sur une série continue de mesures réalisées durant une période fixée par l'opérateur, appelée période d'intégration.

Afin de filtrer les phénomènes de houle (période moyenne 5 à 8 s) et le clapot (période 2 à 5s), les mesures enregistrées sont intégrées sur une période de temps en général de 2 minutes avec une cadence de mesure de 10 minutes.

 

 

Zone de Texte: Calcul :hm = H - ½ c Dt hm : hauteur d'eau due à la marée.H : cote en m du transducteur au-dessus du zéro hydrographique.c : célérité (vitesse) acoustique dans l'air en m / s (mètre par seconde)Dt : intervalle de temps en secondes.


    Source : http://www.shom.fr/fr_page/fr_act_oceano/maree/mcn.htm

 

Enregistrement du gravimètre du SHOM à Brest :

Copyright © SHOM

On constate une signature assez forte du séisme de Sumatra.

 

 

Enregistrement de marée à l'observatoire de La Réunion (Pointe des Galets).
Perturbation de l'enregistrement de marée.

 

Observations du tsunami à la Réunion (Pointe de Galets) par le marégraphe de la D.D.E

Observations du tsunami à la Réunion (Pointe de Galets) par le marégraphe de la D.D.E