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III - 4 Mécanisme au foyer - Espace d`authentification univ
III Sismotectonique 1) Les séismes 2) Les failles 3) Intensité d’un séisme 4) Mécanismes au foyer 5) Exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 113 III - 4 Mécanisme au foyer ¥ Le mécanisme au foyer décrit • la géométrie du plan de faille • la direction du déplacement C.Grigné - UE Terre Profonde 114 III - 4 Mécanisme au foyer ¥ Le mécanisme au foyer décrit • la géométrie du plan de faille • la direction du déplacement ¥ Données utilisées : la polarité des ondes lues sur les sismogrammes (sens du mouvement du sol) C.Grigné - UE Terre Profonde 114 III - 4 Mécanisme au foyer ¥ Le mécanisme au foyer décrit • la géométrie du plan de faille • la direction du déplacement ¥ Données utilisées : la polarité des ondes lues sur les sismogrammes (sens du mouvement du sol) ¥ La source du séisme est assimilée à un point (approximation valable pour les téléséismes) C.Grigné - UE Terre Profonde 114 III - 4 Mécanisme au foyer ¥ Polarité : sens du mouvement de l’onde à la station • En compression : polarité positive (notée +), orientée vers le haut sur le sismogramme • En dilatation : polarité négative (notée -), orientée vers le bas sur le sismogramme C.Grigné - UE Terre Profonde 115 III - 4 Mécanisme au foyer ¥ Polarité : sens du mouvement de l’onde à la station • En compression : polarité positive (notée +), orientée vers le haut sur le sismogramme • En dilatation : polarité négative (notée -), orientée vers le bas sur le sismogramme na Pla ire ilia ux + D C lle ai ef nd Pla − − D C C.Grigné - UE Terre Profonde + 115 III - 4 Mécanisme au foyer ¥ Un rai sismique, qui relie le séisme à une station, porte avec lui l’information qui indique sa polarité ¥ Sphère focale : Sphère arbitraire qui relie le sens du mouvement porté par le rai et la direction du rai à partir du séisme N Φ i C.Grigné - UE Terre Profonde 116 III - 4 Mécanisme au foyer ¥ Un rai sismique, qui relie le séisme à une station, porte avec lui l’information qui indique sa polarité ¥ Sphère focale : Sphère arbitraire qui relie le sens du mouvement porté par le rai et la direction du rai à partir du séisme N N Φ i C.Grigné - UE Terre Profonde 116 III - 4 Mécanisme au foyer C.Grigné - UE Terre Profonde 117 III - 4 Mécanisme au foyer C.Grigné - UE Terre Profonde 117 III - 4 Mécanisme au foyer C.Grigné - UE Terre Profonde 117 III - 4 Mécanisme au foyer C.Grigné - UE Terre Profonde 117 III - 4 Mécanisme au foyer ◮ Nécessité de connaître le contexte géologique (plan de faille) C.Grigné - UE Terre Profonde 118 III - 4 Mécanisme au foyer ◮ Nécessité de connaître le contexte géologique (plan de faille) Faille décrochante C.Grigné - UE Terre Profonde Faille normale Faille inverse 118 III Sismotectonique 1) Les séismes 2) Les failles 3) Localisation d’un séisme 4) Intensité d’un séisme 5) Mécanismes au foyer 6) Exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 119 III - 6 Sismotectonique : exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 120 III - 6 Sismotectonique : exemples ¥ Séismes très peu profonds le long des dorsales ¥ Séismes peu profonds dans les chaînes de montagne ¥ Séismes profonds pour les zones de subduction C.Grigné - UE Terre Profonde 121 III - 6 Sismotectonique : exemples 70˚ 50˚ 65˚ 60˚ 55˚ 40˚ 0˚ 50˚ −40˚ −35˚ −30˚ −25˚ C.Grigné - UE Terre Profonde −20˚ −15˚ −10˚ 10˚ 20˚ −5˚ 122 III - 6 Sismotectonique : exemples 70˚ 50˚ 65˚ 45˚ 60˚ 55˚ 40˚ −5˚ 50˚ −40˚ −35˚ −30˚ −25˚ −20˚ −15˚ −10˚ −5˚ 0˚ 5˚ −5000 −4000 −3000 −2000 −1000 10˚ 0 15˚ 20˚ 1000 2000 3000 4000 Topographie, m −4000 −3000 −2000 −1000 0 1000 2000 3000 Topographie, m C.Grigné - UE Terre Profonde 123 III - 6 Sismotectonique : exemples • Montagnes sous-marines, 200 à 1000 km de large • Sismicité superficielle sur 20 km de part et d’autre de la dorsale C.Grigné - UE Terre Profonde 124 III - 6 Sismotectonique : exemples • Montagnes sous-marines, 200 à 1000 km de large • Sismicité superficielle sur 20 km de part et d’autre de la dorsale • Mécanismes au foyer - en faille normale : extension aux dorsales - en décrochement : segmentation des rides. → failles transformantes C.Grigné - UE Terre Profonde 124 III - 6 Sismotectonique : exemples • Séismes rares en faille inverse dans les coins • Séismes rares en décrochement inverse à celui de la faille transformante C.Grigné - UE Terre Profonde 125 III - 6 Sismotectonique : exemples • Rifts intracontinentaux : dépressions topographiques allongées, limitées par des reliefs modérés (<1000 m) • Sismicité superficielle (<20 km) C.Grigné - UE Terre Profonde 126 III - 6 Sismotectonique : exemples • Rifts intracontinentaux : dépressions topographiques allongées, limitées par des reliefs modérés (<1000 m) • Sismicité superficielle (<20 km) • Mécanisme au foyer en faille normale C.Grigné - UE Terre Profonde 126 III - 6 Sismotectonique : exemples • Zone de subduction caractérisée par une fosse (4000 à 11000 m) • Sismicité superficielle et profonde (>200 km) C.Grigné - UE Terre Profonde 127 III - 6 Sismotectonique : exemples • Zone de subduction caractérisée par une fosse (4000 à 11000 m) • Sismicité superficielle et profonde (>200 km) • Mécanisme essentiellement compressif dans la plaque plongeante • Mécanisme en extension au niveau du bombement pré-fosse ◮ Dû à la flexuration de la plaque C.Grigné - UE Terre Profonde 127 III - 6 Sismotectonique : exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 128 III - 6 Sismotectonique : exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 128 III - 6 Sismotectonique : exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 128 III - 6 Sismotectonique : exemples • déplacement horizontal des deux plaques, parallèlement à la faille • sismicité superficielle (< 40 km) • il peut exister des mécanismes en compression ou en extension quand il y a courbure de la faille C.Grigné - UE Terre Profonde 128 III - 6 Sismotectonique : exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 129 III - 6 Sismotectonique : exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 130 III - 6 Sismotectonique : exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 130 III - 6 Sismotectonique : exemples C.Grigné - UE Terre Profonde 130 IV - Gravimétrie • Mesure du champ de pesanteur ◮ Etude de la répartition des masses à l’intérieur de la Terre 1) Champ de pesanteur 2) Géoïde 3) Mesures gravimétriques 4) Anomalies gravimétriques C.Grigné - UE Terre Profonde 131 IV - 1 Champ de pesanteur Définition : Etude de la répartition des masses à l’intérieur de la Terre • Gravitation : La force que deux corps exercent l’un sur l’autre est proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de leur distance. u 12 −→ m1 m2 −→ u12 F21 = G 2 r m2 F21 r m1 C.Grigné - UE Terre Profonde 132 IV - 1 Champ de pesanteur Définition : Etude de la répartition des masses à l’intérieur de la Terre • Gravitation : La force que deux corps exercent l’un sur l’autre est proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de leur distance. m MT =mg ¥ Pour la Terre : F = G RT2 =⇒ G MT g= RT2 • G : constante universelle de gravitation (6.67428 × 10−11 N.m2 .kg −2 ) • MT : masse de la Terre (5.9736 × 1024 kg ) • RT : rayon de la Terre (∼ 6374 km) ◮ g = 9.81 m.s− 2 C.Grigné - UE Terre Profonde 132 IV - 1 Champ de pesanteur ac g ga → → → • − g =− ga + − ac → •− g : champ de pesanteur g → •− ga : accélération gravitationnelle ga ac → •− ac : accélération centrifuge g ◮ ac différente aux pôles et à l’équateur C.Grigné - UE Terre Profonde 133 IV - 1 Champ de pesanteur • Différence entre g aux pôles et g à l’équateur : 0.0521 m.s-2 • Différence trop grande pour être expliquée par la différence d’accélération centrifuge entre l’équateur et les pôles C.Grigné - UE Terre Profonde 133 IV - 1 Champ de pesanteur • Différence entre g aux pôles et g à l’équateur : 0.0521 m.s-2 • Différence trop grande pour être expliquée par la différence d’accélération centrifuge entre l’équateur et les pôles ◮ La Terre n’est pas une sphère, mais une ellipsoïde légèrement aplatie aux pôles, telle que • Rpôle ≃ 6357 km • Réquat ≃ 6378 km C.Grigné - UE Terre Profonde 133 IV - 1 Champ de pesanteur • Différence entre g aux pôles et g à l’équateur : 0.0521 m.s-2 • Différence trop grande pour être expliquée par la différence d’accélération centrifuge entre l’équateur et les pôles RP RE ◮ La Terre n’est pas une sphère, mais une ellipsoïde légèrement aplatie aux pôles, telle que • Rpôle ≃ 6357 km • Réquat ≃ 6378 km C.Grigné - UE Terre Profonde 133 IV - 2 Géoïde ¥ Ellipsoïde : surface mathématique qui décrit l’aplatissement de la Terre aux pôles du fait de sa rotation C.Grigné - UE Terre Profonde 134 IV - 2 Géoïde ¥ Ellipsoïde : surface mathématique qui décrit l’aplatissement de la Terre aux pôles du fait de sa rotation ¥ Géoïde : surface perpendiculaire au champ de pesanteur, correspondant au niveau moyen des océans (altitude zéro). Surface observée, qui ne peut être réduite à une expression mathématique. C.Grigné - UE Terre Profonde 134 IV - 2 Géoïde ¥ Ellipsoïde : surface mathématique qui décrit l’aplatissement de la Terre aux pôles du fait de sa rotation ¥ Géoïde : surface perpendiculaire au champ de pesanteur, correspondant au niveau moyen des océans (altitude zéro). Surface observée, qui ne peut être réduite à une expression mathématique. • Si la Terre était une sphère uniforme immobile : le géoïde serait une sphère. • Si la Terre était une sphère uniforme en rotation : le géoïde serait une ellipsoïde. ◮ La Terre est en rotation et avec des anomalies de masse interne : le géoïde a une forme complexe. C.Grigné - UE Terre Profonde 134 IV - 2 Géoïde ¥ Ellipsoïde : surface mathématique qui décrit l’aplatissement de la Terre aux pôles du fait de sa rotation ¥ Géoïde : surface perpendiculaire au champ de pesanteur, correspondant au niveau moyen des océans (altitude zéro). Surface observée, qui ne peut être réduite à une expression mathématique. • Si la Terre était une sphère uniforme immobile : le géoïde serait une sphère. • Si la Terre était une sphère uniforme en rotation : le géoïde serait une ellipsoïde. ◮ La Terre est en rotation et avec des anomalies de masse interne : le géoïde a une forme complexe. C.Grigné - UE Terre Profonde 134 IV - 2 Géoïde → − − • Le géoïde est une surface équipotentielle : → g = − ∇φ ◮ Les surfaces où le potentiel de pesanteur φ est constant sont des équipotentielles Surfaces équipotentielles g C.Grigné - UE Terre Profonde 135 IV - 2 Géoïde → − − • Le géoïde est une surface équipotentielle : → g = − ∇φ ◮ Les surfaces où le potentiel de pesanteur φ est constant sont des équipotentielles − • Le champ de gravité → g est perpendiculaire aux équipotentielles. C.Grigné - UE Terre Profonde 135 IV - 2 Géoïde → − − • Le géoïde est une surface équipotentielle : → g = − ∇φ ◮ Les surfaces où le potentiel de pesanteur φ est constant sont des équipotentielles − • Le champ de gravité → g est perpendiculaire aux équipotentielles. • Le géoïde est la surface équipotentielle de champ de gravité qui correspond à la surface moyenne des océans. C.Grigné - UE Terre Profonde 135 IV - 2 Géoïde → − − • Le géoïde est une surface équipotentielle : → g = − ∇φ ◮ Les surfaces où le potentiel de pesanteur φ est constant sont des équipotentielles − • Le champ de gravité → g est perpendiculaire aux équipotentielles. • Le géoïde est la surface équipotentielle de champ de gravité qui correspond à la surface moyenne des océans. • Le géoïde sert de surface de référence pour la mesure des altitudes. C.Grigné - UE Terre Profonde 135 IV - 2 Géoïde → − − • Le géoïde est une surface équipotentielle : → g = − ∇φ ◮ Les surfaces où le potentiel de pesanteur φ est constant sont des équipotentielles − • Le champ de gravité → g est perpendiculaire aux équipotentielles. • Le géoïde est la surface équipotentielle de champ de gravité qui correspond à la surface moyenne des océans. • Le géoïde sert de surface de référence pour la mesure des altitudes. • L’anomalie du géoïde se calcule en mètres et est la différence entre l’ellipsoïde de référence et le géoïde. C.Grigné - UE Terre Profonde 135 IV - 2 Géoïde C.Grigné - UE Terre Profonde 136 IV - 2 Géoïde Mesure du géoïde • Utilisation d’émission radar envoyée depuis un satellite altimétrique • Ondes très haute fréquence (13 kHz) qui se réfléchissent sur la surface des océans • L’anomalie du géoïde se calcule en mètres (différence entre ellipsoïde de référence et le géoïde) • Précision des satellites : - GEOS3 (1975) : 30 cm - Topex Poseidon (1992) : 5 cm - GOCE (2009) : 1-2 cm C.Grigné - UE Terre Profonde 137 IV - 2 Géoïde Interprétation du géoïde Surface de l’eau • 1 bosse : excès de masse • 1 creux : déficit de masse Anomalie de masse ¥ Interprétation à différentes longueurs d’onde • A petites longueurs d’onde : unités lithosphériques • A grandes longueurs d’onde : dynamique du manteau C.Grigné - UE Terre Profonde 138 IV - 2 Géoïde C.Grigné - UE Terre Profonde 139 IV - 2 Géoïde Géoïde à petites longueurs d’onde C.Grigné - UE Terre Profonde 139 IV - 2 Géoïde C.Grigné - UE Terre Profonde 139 IV - 2 Géoïde • Dorsales : bosse de ∼ 10 m d’amplitude • Fosses : creux de ∼ 10-20 m d’amplitude • Monts sous marins : bosse de quelques mètres Dorsale Fosse Volcan sous marin ◮ Image fidèle des reliefs sous-marins à petite échelle du géoïde C.Grigné - UE Terre Profonde 140 IV - 2 Géoïde • Dorsales : bosse de ∼ 10 m d’amplitude • Fosses : creux de ∼ 10-20 m d’amplitude • Monts sous marins : bosse de quelques mètres Dorsale Fosse Volcan sous marin ◮ Image fidèle des reliefs sous-marins à petite échelle du géoïde C.Grigné - UE Terre Profonde 140 IV - 2 Géoïde Géoïde à grande échelle C.Grigné - UE Terre Profonde 141
