SÉISMES ET SISMOLOGIE Ondes sismiques
Structure globale de la Terre
Le fait que des ondes sismiques puissent se propager sur de grandes distances fut une surprise pour les physiciens qui ont suspecté le phénomène au début du xixe siècle. En 1889, Ernst von Rebeur Paschwitz (1861-1895) observa en Allemagne des ondes sismiques provenant d'un séisme ayant eu lieu au Japon. Il devint alors évident qu'un ébranlement sismique pouvait se propager à travers la Terre entière. La nature solide et élastique de l'ensemble du globe, qui permet aux ondes S de s'y propager, avait été proposée plus tôt par le physicien anglais lord Kelvin (1824-1907), sur fond de débat scientifique entre les partisans du « feu central » avec une Terre en fusion sous une mince écorce terrestre et ceux défendant une Terre rigide. Lord Kelvin a montré en 1863 que, pour expliquer la hauteur des marées océaniques, il fallait concevoir la Terre comme une sphère solide et élastique ayant la rigidité de l'acier. On montrera plus loin dans cet article que ce modèle d'une sphère entièrement solide n'est pas correct, mais il a probablement influencé la conception des premiers modèles sismologiques globaux mis au point au début du xxe siècle.
Dès qu'il fut acquis que les ondes sismiques pouvaient traverser toute la Terre, une nouvelle branche de la sismologie, qui consiste à imager l'intérieur du globe, s’est développée au début du xxe siècle. L'observation d'arrivées d'ondes sismiques anormalement tardives à de très grandes distances de l'épicentre a très vite conduit à lier cette observation à la présence d'un « noyau » dense situé au centre de la Terre, et dont l'existence était déjà soupçonnée au vu de la forte masse volumique moyenne de l'ensemble du globe comparée à celle des roches de surface. Le sismologue britannique, Richard Dixon Oldham (1858-1936), fut le premier à donner un ordre de grandeur du rayon du noyau terrestre en 1906, mais c'est le sismologue allemand Beno Gutenberg (1889-1960) qui le mesura de façon précise peu avant la Première Guerre mondiale. Bénéficiant d'un ensemble de mesures sismologiques et d'outils de traitement mathématique sophistiqués développés à l'observatoire de Göttingen, Beno Gutenberg évalue à 2 900 kilomètres la profondeur à laquelle se situe le noyau, ce qui lui confère un rayon de 3 471 kilomètres, une valeur très proche des 3 486 kilomètres désormais admis pour le rayon du noyau. Toutefois, l'idée que l'on avait du noyau à cette époque était erronée car on le supposait entièrement solide. C'est le Britannique Harold Jeffreys (1891-1989) qui, en 1926, modifia cette conception d'une Terre entièrement solide que lord Kelvin avait proposée une soixantaine d’années plus tôt. C’est en constatant que la rigidité moyenne des modèles élastiques de la Terre expliquant les marées était inférieure à celle que l'on obtenait par la sismologie que Harold Jeffreys proposa l'existence d'un noyau liquide pour concilier les deux types d'observations.
L'étape suivante fut franchie en 1936 par une sismologue danoise, Inge Lehmann (1888-1993). Jusqu’alors, on considérait qu’il y avait une « zone d’ombre » créée par le noyau de la Terre et dans laquelle aucune onde sismique n’était enregistrée par les instruments. Mais Inge Lehmann montra que cette zone d’ombre n’était pas totale car elle y constata la présence d’ondes sismiques de très faible amplitude. Pour expliquer ses observations, elle suggéra que ces ondes provenaient d'ondes P qui, ayant pénétré le noyau, subissaient une réflexion (ondes PKiKP),sur une graine sphérique (noyau interne). Inge Lehmann mesura le rayon de cette graine, lui donnant la valeur de 1 404 kilomètres, ce qui est assez proche des 1 217 kilomètres établis plus précisément par la suite.[...]
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Écrit par
- Michel CARA : ancien professeur à l'université de Strasbourg
Classification
Médias
Différentes ondes sismiques
Encyclopædia Universalis France
Spectre des vibrations sphéroïdales de la Terre dues à un séisme
Encyclopædia Universalis France
Sismicité mondiale
Nature, 2012
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