CHAPITRE X

LES SÉISMOGRAMMES

Sommaire. Caractères différentiels des diagrammes des tremblements de terre et des phénomènes artificiels ou naturels non séismiques. — Influence du mode d'enregistrement des séismogrammes. — Les téléséismes. — Phases des téléséismogrammes. — Échos des tremblements de terre. — Éléments du mouvement séismique mesurables sur les séismogrammes : durée, période, amplitude et accélération maximum ; longueurs d'ondes ; intensité. -^ Crêpures des séismogrammes ou frissonnements du sol (Ripples).

Détermination au moyen des séismogrammes de la distance du lieu d'observation au foyer des tremblements de terre : caractères différentiels des séismogrammes d'origine locale et plus ou moins lointaine; similitude des séismogrammes des tremblements de terre de même provenance; équations d'Omôri et de Stiattesi; répartition de l'instabilité séismique à la surface du globe déterminée par Milne au moyen des téléséismogrammes ; formules de Lâska. — Planisphères séismegraphiques. — Effets des frémissements préliminaires sur les animaux.

Les plus importants résultats obtenus en ces dernières années dans Tétude des tremblements de terre ont été tirés de Texamen minutieux des séismogrammes, c'est-à-dire des diagrammes qu'enregistrent les appareils séismographiques actionnés par les moindres mouvements du sol, ainsi que des mesures facilement exécutables sur ces intéressantes figures. Ces tracés représentent, en le fixant pour toujours, pour ainsi dire, le fugitif et rapide mouvement transmis par la terre à ces appareils à la suite des tremblements de terre lointains ou voisins par rapport au lieu d'observation, cette distance pouvant aller jusqu'aux antipodes, tant sont sensibles ces délicats instruments. Ces diagrammes jouent un rôle fondamental dans la séismologie moderne, et ils ont été l'origine des plus remarquables découvertes récentes.

Tout mouvement du sol s'enregistre sous forme d'un diagramme sur les appareils séismographiques, et il s'agit, en premier lieu, d'apprendre à les distinguer suivant que les vibrations terrestres résultent d'ébranlements séismiques véritables ou de perturbations provenant de phénomènes indépendants d'ordre météorologique, cosmique même, ou d'autres mouvements venant de l'activité humaine. On commencera par éliminer les diagrammes correspondant

LES SÉISMOGUAMMES

Fig. 99. — Diagrammes de mouvements produits artificiellement :

A : Mouvement d'un rouleau dans une rue pavéo. — B : Passage d'une colonne d'artillerie. C .-Coup de canon. — D .'Mouvement d'une machineà vapeur. — • E .'Travaux do mines (d'après Belar).

aux phénomènes artificiels, auxquels donne lieu l'intense vie moderne dans les stations séismologiques installées près des grandes villes des pays de haute civilisation.

Les diagrammes des mouvements artificiels du sol ont été étudiés par Belar*, et il suffit d'examiner ceux qu'il a figurés, — passage d'une voiture; roulement d'une colonne d'artillerie; coup de canon; machine à vapeur en mouvement, — pour les distinguer immédiatement des véritables séismogrammes. Ces tracés ont été. obtenus au moyen d'appareils Vicentini. Par conséquent, ils ne seraient pas les mêmes avec d'autres séismographes, de sorte que l'on ne peut pas

Moui/ement i^ers / 'extérieur

Fig. 100. — Diagramme d'une explosion rapprochée (d'après Omùri}.

en considérer les particularités comme caractérisant nettement les mouvements artificiels correspondants.

Le passage d'une voiture donne des traits d'abord courts, qui augmententou diminuent d'ampleur suivant que le véhicule se rapproche ou s'éloigne de la station. Leur période d'oscillation est tellement rapide qu'il faut, pour les séparer, une vitesse du papier enregistreur d'au moins 30 centimètres par minute; on trouve alors 16 oscillations complètes par seconde. A Laibach, le tir de l'artillerie, près du Schlossberg, a fourni de remarquables diagrammes, qu'une attention insuffisante suffirait peut-être à rapprocher des séismogrammes de secousses locales à faible surface d'extension ; le tir a donné lieu à un frémissement à courte phase, causé vraisemblablement par le

1 Einiges ûber die Aufzeichnungen der Erdbebenmesser {fixe Erdbebenwarte, 1901-02, I, p. 77, 93, 105, 133).

LES SÉISMOGRAMMES

choc des ondes atmosphériques du coup du canon contre les murs de l'observatoire qui produisait le frémissement des fenêtres ; puis s'effectuait un lent mouvement d'une période de 0",3 à 0'\4 pendant plus de 20". L'explication de ce double mouvement est que, selon toute apparence, le premier vient des ondes atmosphériques directes et que le second s'est propagé par le sol.

Le diagramme de la déflagration d'un explosif à petite distance n'est pas moins lisible. On y voit d'abord* une oscillation dirigée vers le point d'explosion, circonstance assez difficile à interpréter, puis une autre oscillation beaucoup plus importante, asymétrique, et dont la portion principale est dirigée à l'opposite de ce point, comme il fallait s'y attendre.

Parfois les séismographes enregistrent des tracés ne ressemblant en rien à ceux qu'on y trouve d'ordinaire et dont Torigine, longtemps mystérieuse, finit par se découvrir par hasard. C est ce qui est arrivé à Leipzig où l'on recueillait des diagrammes rappelant ceux des tempêtes, mais s'en distinguant par une durée beaucoup moindre, des minutes au lieu de jours. Leur répétition aux veilles et aux jours de grandes fêtes a enfin montré à Etzold * qu'il s'agissait simplement des vibrations dues aux sonneries des cloches d'églises.

1 Omôri. Horizontal penduluni observations of earthquakes in Tokyo [Puàl. ofthe earlhg.invesi. Comm. in for. long., 1905;.

2 Etzold. Ueber iïe Aufzeichnung der infolge des Laûtens der Kirchengiocken zu Leipzig erzeuglen Bodenschwingungen (Beinchten d, mat. phys. Kl, ci, kgl. silchsischen Ges. d. Wi$8, zu Uipzig, u«' Ber. d. Erdbebenstation, p. 304, 1904.

On aura roccasion de s'occuper ailleurs des tracés obtenus par le passage des trains sur les voies ferrées et les ponts métalliques.

Enfin les perturbations météorologiques s'inscrivent aussi sur le papier des appareils enregistreurs, d'une manière très facilement reconnaissable.

En résumé, la distinction des mouvements du sol, suivant leur origine, séismique ou non, est ordinairement facile.

Les séismogrammes obtenus sur des plaques enfumées fixes sont absolument inutilisables, par suite de Textréme complication du mouvement séismique qui fait que les diverses parties du tracé se recouvrent d'une manière inextricable, ainsi qu'on l'a vu à propos de la direction. Il faut donc, de toute nécessité, donner à la plaque enfumée, ou au papier, un mouvement plus ou moins rapidede rotation ou de translation sous la pointe traçante ou la plume écrivante. On décompose en outre le mouvement réel en trois composantes orthogonales. Pour l'enregistrement des déplacements horizontaux de la particule terrestre, on dispose deux séismographes à angle droit l'un sur l'autre ; ils donneront respectivement les composantes N.-S. et W.-E., ou, plus rarement, N. E.-S. W, et N. W.-S. E. Ce sera de ces seuls séismogrammes dont on s'occupera dans ce qui va suivre, quand on ne parlera pas expressément de la composante verticale.

Le procédé d'enregistrement a une influence considérable sur la netteté des tracés obtenus, et par conséquent une grande importance relativement aux études qu'ils permettent, ainsi qu'à l'exactitude des mesures qu'on en peut tirer pour baser des recherches sur le mouvement séismique. Avec une grande vitesse de la plaque ou du papier, le diagramme devient très lisible, les mouvements divers se séparent bien sans se recouvrir mutuellement, et les mesures de temps ou autres s'exécutent d'une manière très approchée. Mais la dépense monte très rapidement, et surtout il y a à craindre le danger de voir le frottement de l'organe inscrivant, pointe ou plume, augmenter assez pour perturber le libre mouvement de pendule sous l'action de celui du sol. Aussi a-t-on songé à un enregistrement optique : ce procédé excellent, mais coûteux, est indispensable pour les pendules légers. L'enregistrement sur plaques enfumées ou sur papier, recommandable par sa simplicité et son bon marché, est surtout réservé aux pendules lourds, dont les mouvements sont transportés et agrandis par un système de leviers ou pantographe permettant l'amplification des oscillations. Le frottement qui fait obstacle au

LES SÉISMOGKAMMES 303

tracé peut être réduit à un demi-milligramme, valeur insignifiante

si la masse du pendule est assez

grande, condition que Von estime

être pratiquement réalisée lorsque

cette masse est proportionnelle an

carré de l'agrandissement.

D'ordinaire l'cnregistremenl d'un séismogramme dure plusieurs

minutes, de 3 à 6, dans lescircon- ^

stances les plus habituelles, du =

moins avec les appareils les moins =

sensibles et délicats. Cette durée at- 1

teint fréquemment une heure, plus ^

rarement deux, trois et même plus 3

dès que le séisme est plus intense S

et les appareils plus perfectionnés. |

Les diagrammes débutent par une ?

série de petites vibrations, qui, *

d'ailleurs, peuvent faire défaut. Puis |

viennent, successivement, le véri- Ë

table choc, composé d'un petit nom- ■%

bre de mouvements de grande am- g

plitude relative, et une série de ^

mouvements irréguliers, croissants «

et décroissants, parmi lesquels plu- g

sieurs sont aussi de véritables chocs, ^

mais plus faibles que te principal. g

Le tout se continue par de lentes ti

ondulations puisa toires, dont la d

période augmente à mesure que ',

l'amplitude diminue. Enfin la per- 5

turbation séîsmique s'évanouit gra- .é

duellement. Qu'il s'agisse des composantes horizontales ou verticales, cette allure générale ne change guère que dans les déteils et quant h la valeur numérique des divers éléments, période et amplitude des diverses ondulations particulières constituant le mouvement à chaque instant. Et l'on voit avec quelle facilité on peut, de suite, dislin-

Fig. lOi. — Séismogramme du tremblement de tern de Tokjo du !0 Juin 189i.

301 LA SCIENCE SËISMOLOGIQI'E

guer ces tracés de ceux des «ébranlements non séismiques du sol. On a pu distinguer ' dans les séisinogrammes plusieurs types de mouvements élémentaires ou simples, dont la fréquence n'est pas la même et qui se combinent entre eux de toutes les manières possibles.

Les séismograinmes d'un même tremblement de terre diffèrent grandement d'après la sensibilité propre de l'appareil enregistreur, et un séismographe ordinaire montre que l'ébranlement du sol dure entre une fraction de minute et plusieurs heures, c'est-à-dire bien plus longtemps, plusieurs centaines de fois, que le mouvement perceptible ou le macroséisme. Un bon pendule horizontal sans friction de l'organe traçant ne commence guère plus tôt ses oscillations, mais elles se continuent pendant une ou plusieurs heures. H se passe ici quelque chosed'analogue à ce qui arrive pour les portions invisibles du specti-c solaire, dont les extrémités ne peuvent être décelées que par des moyens particuliers d'observation, et pour les perturbations séismiques, il existe, de même, une longue série de mouvements délicats difficiles à complète extinction

Fig. tûj. — Types élémentaires de mouvements séismiques dans les sCiemogrammea cl leurs prinripnles combinaisons fd'nprës I^skn'.

ivre jusqu'à leur Un séismogramme se divise en un nombred'autant plus grand de

LES SËISMOGRAMMES 305

phases différentes que l'origine du tremblement de terre est plus éloignée, parce que plus est long le chemin parcouru, plus se séparent les diverses phases de l'ébranlement initial suivant la vitesse de propagation de chacune d'elles. Aussi la durée pendant laquelle des appareils de même espèce enregistrent les oscillations d'un même tremblement de terre est-elle en rapport avec l'éloignement du foyer à la station correspondante, c'est-à-dire que les séismogrammes tendent à se dilater pour ainsi dire avec la distance et deviennent de la sorte de plus en plus lisibles. Au contraire, aux petites distances, les vibrations et les diverses phases se recouvrent mutuellement, de sorte que les séismogrammes sont bien plus difficiles à déchiffrer. Il est ainsi plus naturel, à l'inverse de ce que l'on aurait pu penser a priori, de commencer par l'étude des diagrammes des tremblements de terre d'origine lointaine, ou téléséismes, pour lesquels la disliince peut atteindre la demi-circonférence terrestre, lorsque la station est à l'antipode du foyer. C'est, en effet, pour les téléséismogrammes que l'on a pu établir les divisions normales.

Ce fait qu'un tremblement de terre d'une certaine importance puisse être enregistré par les séismographes jusqu'à l'antipode de son origine, autrement dit que toute la surface et même la masse terrestre soit mise en mouvement, est une des plus brillantes conquêtes de la séismologie récente et un de ses résultats qui a le plus frappé. Les ondes séismiques font plus encore, elles reviennent au point de départ après avoir parcouru l'énorme circonférence de 40 000 kilomètres sans cesser d'être perceptibles aux appareils les plus délicats. C'est ce que, dès 1883,Milne avait dénoncé comme réalisable avec le progrès graduel des appareils; et six ans plus tard, vonRebeur- Paschwitz * confirmait les vues de Milne au moyen d'observations exécutées avec un pendule horizontal à enregistrement photographique, qui ne furent d'ailleurs publiées qu'en 1895.

Il ne peut s'agir de téléséismes qu'à partir d'une distance de 1 000 kilomètres au moins; et, dès lors, ils échappent le plus souvent à l'observation des sens, par suite de l'amortissement que subit l'intensité du tremblement de terre par la friction interne pendant sa propagation, et en raison des perturbations de toutes sortes des ondes séismiques dans leur long cheminement au travers des couches terrestres internes ou externes. Les téléséismes ne sont donc

1 Europftische Beobachtungen des grossen japanischen Erdbebens Tom 22. U&n, 1894, und des venezolanischen Erdbebens vom 28. April 1894, nebst Untersuchungen ûbcr die Fortpflanzungsgeschwindigkeit dieser Erdbeben {Petennann*s geogr, MiUh., XLl, p. 13, 29. Gotha, 1893).

Du M0KTB88UB. — I.a Science séismologiqiic. 20

que la continuation microséismique, à distance, de macroséisme d'ori^ne éloignée. Leurs oscillations principales, parfois relativement très fortes, sont souvent accompagnées d'un brusque déplacement du pendule sur ses supports au moment de l'arrivée des ondes principales du choc.

Les téléséismogrammes se divisent en une série de groupes ou de phases de mouvements, qui passent des uns aux autres par des changements plus ou moins nettement accusés d'amplitude et de période. Ce caractère général est une conséquence directe des chemins différents suivis par les ondes séismiques et de leurs diverses vitesses de propagation. L'ébranlement initial ne se fait pas non plus instantanément, de sorte que le diagramme ne peut manquer de refléter les circonstances de la production du phénomène séismicogéologique.

Omôri^a établi le dénombrement des divers mouvements correspondant à un tremblement de terre, et c'est d'après ses recherches classiques, vérifiées dans tous les observatoires, que l'on va en donner les descriptions faciles à suivre sur un tracé schématique, où l'on néglige, pour le moment, de très petites vibrations qui indentent chacune de celles qui représentent les mouve-

Pig. 106. — Brusque déplacement d'un pendule Von Rebeur-Paschwitz à Strasbourg le 2 mars 1893.

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Fig. 107. ^ Schéma d'un téléséismogramme normal.

ments principaux. Ces sortes de rides, pour ainsi dire surajoutées au tracé, les ripples des séismologues anglais, se distinguent par

^ Horizontal pendulam observations of earthquakes, July to December 1899, Tokyo {Publ. of the earlhq. invesL Comm. in for. lang., 1901, n« 5). — Horizontal pendulum observations of earthquakes at Hitotsubashi (/t/., 1903, n" 13).

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leurs périodes extrêmement rapides ; elles paraissent d'ailleurs dépendre de la nature du sol de la station, car rares en sol mou, elles existent presque toujours en sol dur. On peut donc les regarder comme ayant pris naissance sur place à la suite du mouvement séismique proprement dit.

On distingue trois grandes divisions dans un téléséismogramme :

1). Portion ou phase initiale ^ ou frémissements préliminaires.

2). Portion ou phase principale^ ou choc proprement dit,

3). Portion ou phase finale.

Elles se subdivisent elles-mêmes comme il suit :

1). Portion ou phase initiale y préphase ou frémissements préliminaires.

Ce sont des mouvements consistant surtout en oscillations de faible amplitude et de périodes relativement courtes. Ils se subdivisent en deux groupes, ou séries i