Des signes aux séismes

A l’échelle des temps géologiques, la surface de la Terre est en permanente évolution : les plaques tectoniques qui constituent sa surface bougent les unes par rapport aux autres. À l’échelle humaine, ces mouvements se traduisent par des séismes qui, brutalement, libèrent l’énergie accumulée au cours du temps. Les vibrations ainsi produites se propagent à l’intérieur de la Terre : ce sont les ondes sismiques. Mais d’autres phénomènes peuvent les engendrer, tels que les volcans, les tirs de carrière… La houle océanique, le vent dans les arbres ou l’activité humaine (industries et circulation routière) constituent ce que l’on appelle le « bruit de fond sismique ». Des capteurs permettent de détecter les signaux qui seront discriminés, analysés et localisés.
Les séismes et les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe : ils sont principalement alignés au niveau des chaînes de montagnes, près des fosses océaniques et le long de l’axe des dorsales. L’étude de la propagation des ondes sismiques a permis de délimiter les plaques en profondeur et de mettre en lumière leurs mouvements. Ces plaques (on en compte sept majeures) entrent en collision, divergent ou coulissent entre elles. Chaque année, les continents bougent de quelques centimètres les uns par rapport aux autres. Ce processus, connu sous le nom de « dérive des continents », est finalement expliqué par la tectonique des plaques, science dont les hypothèses, qui datent du début du XX^e siècle, ne furent confirmées que dans les années 1960. Elle révèle que la convection interne terrestre est à l’origine des forces nécessaires à ces déplacements. Cette science, outre le fait qu’elle explique le mouvement des plaques, a fourni un cadre cohérent, unificateur et quantitatif, qui regroupe toutes les manifestations sous un unique mécanisme.

Conception des capteurs sismiques

La Terre serait-elle vivante ? Dans l’Antiquité, les « palpitations terrestres » intriguaient nos ancêtres qui croyaient que la Terre était en proie aux colères des dieux. Pour en savoir davantage et percevoir ses moindres mouvements, des capteurs, plus communément appelés « sismomètres » ou « sismographes », ont été conçus et développés.

Le premier connu date de l’an 130 avant J.-C. : il s’agit d’un vase en bronze qui est doté en haut et sur son pourtour de huit têtes de dragon contenant chacune une bille. Au sol sont positionnées huit grenouilles, la gueule ouverte. Les ondes sismiques font vibrer le vase et la bille de la tête du dragon tombera dans la direction du tremblement de terre. La grenouille recevant la bille indique donc la direction approximative du séisme.

Les capteurs sont placés dans des lieux isolés, à l’abri des bruits urbains et/ou humains.

Les capteurs sont conçus et implantés pour mesurer les ondes sismiques, c’est-à-dire les mouvements du sol engendrés par les séismes et pouvant se propager sur de grandes distances. S’ils sont très faibles ou très lointains, les mouvements seront faibles eux aussi, à peine plus importants que le « bruit de fond » provoqué soit par l’activité humaine (vibrations des trains, des routes, des mines…), soit par la nature (vent fort dans une forêt, vagues sur une plage ou des falaises…). Pour limiter ce bruit de fond, les capteurs sont placés dans des lieux isolés, à l’abri des bruits industriels et/ou humains. Ils sont couplés au mieux avec la roche et parfois enterrés. Ils doivent être fiables et capables de fonctionner de façon autonome (leur alimentation électrique est principalement fournie par l’énergie photovoltaïque).

Fonctionnement d'un
capteur sismique

Un sismomètre exploite le principe d’inertie d’une masse assez lourde, fixée sur un bras suspendu par un ressort au-dessus d’un bâti solidaire du sol. À l’autre extrémité du bras, une bobine conductrice est plongée dans un aimant qui repose sur le bâti. Lorsque le sol tremble, la masse reste immobile en raison de son inertie, tandis que le bâti suit les vibrations provoquées par le passage des ondes sismiques. L’aimant bouge autour de la bobine qui perçoit une variation du champ magnétique. Celle-ci produit alors des impulsions électriques, amplifiées électroniquement et traitées par un boîtier de numérisation. Ces signaux sont ensuite transmis par satellite aux centres de surveillance.

Afin de diffuser rapidement une alerte après un séisme, les informations fournies par les capteurs doivent être transmises dans un centre de traitement qui les centralise pour qu’elles soient ensuite étudiées par les analystes. Des lignes téléphoniques ou des satellites sont utilisés pour ces transmissions. L’évolution des technologies (mécanique, électronique, traitement du signal…) permet de disposer actuellement de capteurs très sensibles, c’est-à-dire capables de mesurer des mouvements d’amplitude inférieurs au nanomètre (milliardième de mètre).

Les sismomètres modernes mesurent le mouvement du sol dans ses trois dimensions (verticale et horizontales) et le caractérisent par son déplacement, sa vitesse ou son accélération. Ceux dits de « courte période » sont destinés à la mesure des ondes de volume, dont les périodes sont principalement situées au-dessous de 2 secondes (fréquence supérieure à 0,5 hertz). D’autres, dits de « longue période », enregistrent des mouvements plus lents et sont notamment destinés à l’enregistrement des ondes de surface, dont les périodes sont supérieures à 20 secondes (fréquence inférieure à 0,05 Hz). Ils permettent aussi d’étudier les séismes de forte magnitude.