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LE MOUVEMENT SÉISMIQUE

1 minute

spectre séismique est peut-être beaucoup plus compliqué que ne l'indiquent les observations qui ont servi de base à la théorie relativement simple exposée précédemment. On a déjà vu Rudolph chercher les vitesses de cinq phases différentes au lieu de trois et les séismologues japonais porter cette division à huit espèces d'ondes. Leurs observations prêtaient à des critiques qui ont empêché de s'arrêter provisoirement à leurs conclusions ; il n'en est pas de même des plus récentes observations faites à la station de Gôttingen, au moyen des séismographes astatiques de Wiechert *. On a pu y diviser les diagrammes en quatre classes bien définies, comme il suit, et qui manifestent très nettement un dédoublement des longues ondes de la phase principale dont il faudra désormais tenir compte.

I. Séismes dont Torigine est rapprochée : audessous de 1 000 kilomètres. Des ondes à longue période, de 10" environ, se superposent parfois aux ondes courtes ou longitudinales de la première phase, d'une période de 1 à 6". Les seconds frémissements, les longues ondes et celles d'amplitude maximum arrivent ensemble et se superposent.

II. Séismes dont l'origine est moyennement éloignée : 1 000 à 5 000 kilomètres. Après les premiers frémissements bien séparés, les seconds frémissements et les longues ondes d'une période d'environ 40" se superposent ; puis vient une troisième phase, d'une période de 15 à 20", avec le maximum d'amplitude.

III. Séismes dont l'origine est très éloignée : plus de 5 000 kilomètres. Quatre phases bien distinctes; premiers et seconds fré-

i Angenheister. Seismische Registrierungen in GOttingen im Jahre 1905 {Nachr. d. k. Ges. d. Wiss. zu GôUingen. Math-phys. KL, 1906, Heft 6).

Fig. 119. — Diagramme de la composante N. S. du tremblement de terre de Scutari du 1»^ juin 1905 : 900 à 1 000 km (d'après Angenheister}.

Fig. 120. — Diagramme de la composante E.-W. du tremblement de terre des Calabres du 8 septembre 1 905 ; 1 000 à 5000 km (d'après Angenheister).

LA SGlExNGE SÉISMOLOGIQUE

missements; longues ondes d'une période de 40 à 70" et longues ondes d'une période de 30'' environ, ces dernières avec le maximum d'amplitude.

IV. Séismes dont l'origine est assez voisine de l'antipode de la station. Les longues ondes de la troisième phase, d'une période de 50 à 70", présentent le maximum d'amplitude et sont suivies de longues ondes d'une période de 20 à 30".

1 minute

WWVM

Fig. 121. — Diagramme de la composante N. S. du tremblement de terre de Mongolie

du 9 juillet 1905; plus de 500 km (d'après Angenheister).

Ainsi se présente un dédoublement des longues ondes que ne prévoit aucune des théories mathématiques antérieures, pas plus les plus récentes que les anciennes. La distinction admise plus haut des ondes longitudinales, transversales et superficielles ne semble plus, dès lors, cadrer avec l'existence de quatre espèces d'ondes dont deux correspondent aux frémissements préliminaires et deux à la phase principale. Le spectre séismique se complique singulièrement, même sans tenir compte des ondes gravifiques ou séismiques visibles, phénomène très spécial et d'ailleurs secondaire. La théorie

LE MOUVEMENT SËISMIQUE 3G3

classique exposée ne serait donc plus qu'une première approximation, devenue maintenant insuffisante devant les observations de Gottingen, que l'amortissement des pendules Wiechert semble mettre à l'abri de toute critique.

On notera que dans sa définition des quatre types de séismogrammcs, Angenheister, s'il applique la définition de longitudinales aux ondes correspondant aux premiers frémissements préliminaires, ne parle nulle part d'ondes transversales.

Fig. 122. — Représentation schématique de la production des phases des séismogrammes (d'après Sieberg).

. Il reste maintenant à examiner quelques questions secondaires et d'ailleurs controversées, elles aussi.

Comment conçoit-on que le mouvement séismique se propage dans l'intérieur de la terre pour donner lieu aux difTérentcs phases des séismogrammes et en particulier des téléséismogranimes? Il est intéressant de donner à cet égard une explication due h Bçlar ', mais à laquelle il ne faut d'ailleurs attribuer qu'une signification purement schématique et conventionnelle, qui se recommande par su clarté ; il est vraisemblable, d'ailleurs, que les choses doivent se passer d'une manière plus ou moins analogue.

■ ErdbelienbeobachluDgen an der Laibacher Erdbebenwarle (Ver/iandl. d. voin H. bia 13. April 1901 itt Strauburg gekallenen I. intern. leitm. Ctmf., Beilagc B, IX, 326. Leipiig, 1903)

Sieberg. Wie pflanzen sich die Erdbebenwellen Tort? {Daa Weltall, Berlin, 1902, 111, p. 60).

LA SGTEiNCE SÉISMOLOGIQUE

Pour des raisons de simplicité, considérons un hypocentro C de tremblement de terre et par le même motif les lignes de choc

linéaires avec des ondes séismiques sphériques W,, Wj, Ws

émanées de ce point. Soient x y la surface terrestre, ad Taire épicentrale, bb' Taire d'ébranlement macroséismique, B et D les stations respectivement rapprochée et éloignée. A Torigine se forment des ondes qui arrivent à Tépicentre A, s'y font sentir comme macroséismes et y donnent naissance à de longues ondes superficielles, s'ir-

radiant dans toutes les directions à partir de ce point. En B les premières arrivent plus tard qu'en A, en raison de la plus grande distance, et, pour le même motif, y sont déjà affaiblies dans un rapport probablement voisin de celui des carrés des distances ; elles y développent aussi des ondes superficielles amoindries aussi.

L*observateur ressentira donc dans la zone épicentrale ad un mouvement vertical de bas en

Fig. 123, - Chemins parcourus par les ondes j^aut, OU SUSSultoire, qui cesuperticielles entre 1 origine et une station * .

pendant tendra progressivement vers T horizontale à mesure qu'on s'éloigne de Tépicentre. En B, au contraire, il éprouvera d'abord un léger frémissement dû aux ondes sphériques directes, puis les longues ondes émanées de A sous forme d'un mouvement ondulatoire horizontal. Plus la distance A B sera grande, plus ce dernier prédominera et plus aussi, dans le séismogramme, s'allongera la durée des frémissements préliminaires des vibrations longitudinales et transversales plus rapides que les ondulations superficielles. Dès que la distance A B sera suffisamment grande, la séparation s'effectuera plus distinctement. Ainsi, pas de préphase dans la région épicentrale, ni môme de mouvement ondulatoire près de Tépicentre. A la station la plus éloignée, les phénomènes se présenteront comme en B, mais d'une manière plus accentuée encore, avec cette seule différence que les mouvements sensibles auront complètement disparu. Au moins en ce qui concerne la phase principale, les diagrammes se compliquent singulièrement si Ton tient compte en une station S des nombreuses séries d'ondes qui s'y rendent. On peut, on effet,

séismologique.

LE MOUVEMENT SÉISMIQUE 367

outre les ondes directes / S, constater Texistence des ondes /S'S qui y parviennent en sens inverse après avoir passé l'antipode S' et observer encore le retour des premières / SS' fS après un autre tour complet autour de la terre. C'est ce qu'a montré pour la première fois d'une manière certaine le grand tremblement de terre. de l'Assam, du 12 juin 1897. Les séismographes les plus sensibles accusent même l'existence d'ondes qui ont fait deux et trois fois le tour de la terre, et dont l'amplitude est naturellement diminuée dans de grandes proportions à chaque retour.

Parmi les nom'breuses questions théoriques soulevées au sujet de la nature du mouvement séismique, une des plus controversées est, sans doute, celle de savoir si les longues ondes de la phase principale comportent un mouvement vertical, ou si elles se composent seulement d'oscillations purement horizontales des particules terrestres, manière de voir qui équivaudrait à rejeter la théorie de Lord Rayleigh. Omôri* s'est finalement prononcé pour la négative, en se basant sur ce qu'avec trois pendules horizontaux d'oscillations propres différentes, qui auraient, par conséquent, dû avoir aussi des sensibilités différentes pour l'inclinaison du sol s'il y en avait une, les diagrammes d'un môme tremblement de terre présentent des amplitudes qui ne dépendent que du rapport d'agrandissement de leurs index multiplicateurs, en tant du moins que les tracés ne sont pas rendus confus par l'introduction des oscillations propres des masses pesantes pendulaires. Il paraît cependant bien difficile de concevoir les longues ondes sans qu'elles produisent une inclinaison du sol, leur définition même, donnée par Lord Rayleigh, confirmée par Lord Kelvin, comportant évidemment un tel mouvement. On ne saurait non plus, nous semble-t-il du moins, faire aussi bon marché de l'impression des sens malgré leur imperfection et leurs erreurs; or, quiconque a senti de nombreux tremblements de terre ne peut mettre en doute la sensation nette et invincible que le sol se balance. Beaucoup d'effets des séismes ne peuvent s'expliquer sans l'intervention d'un mouvement vertical, et dans bien des circonstances il a été vu sans discussion possible. L'argument que l'on a voulu tirer de l'insuccès du clinomètre Wiechert à déceler la composante verticale n'a plus de valeur, depuis que Galitzine a montré que l'inaptitude de cet appareil à la déceler tient à sa seule construction.

La petitesse de la composante verticale n'est même pas un fait

1 On the nature of the long period ondulations of earthquakes {Pub, earthq. invesl oinm. in for. lang.y 1901, n* 5, p. 42}.

absolu. A l'observatoire Lick du Mount Hamilton (Californie), les appareils sont situés au sommet de couches très fortement redressées sur la verticale et plus dans Tazimuth N.-S. que dans Tazimuth E.-W. L'influence de cette disposition de la stratification se manifeste en (e que la composante verticale est la plus considérable et la composante horizontale E.-W. la plus faible*.

Vicentini* a fait à ce sujet des observations qui ne semblent pas avoir attiré Tattention autant qu'elles le méritent. Après avoir agrandi 560 fois le séismogramme d'une faible secousse ressentie à

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Fig. 12i. — Ondulations du sol sous l'action des longues ondes superficielles

(d'après Vicentinl).

Padoue le 25 mai 1896, il a reconnu l'existence de déplacements du pendule différents de ceux qui correspondaient à ses oscillations propres, et accusant par conséquent ceux du sol par différence. Ceuxci ne se produisent pas symétriquement par rapport au plan d'oscillation variable à chaque instant du pendule, et, débutant plus rapidement qu'ils ne s'éteignent, ils se renouvellent périodiquement. Après avoir éliminé graphiquement le mouvement pendulaire propre, ainsi que les vibrations du sol, Vicentini a obtenu le diagramme suivant d'une ondulation séparée d'une particule terrestre, et évalué à 5 ou 6" l'inclinaison du sol dans ce cas particulier. Cette observation peut en quelque sorte servir à mesurer le défaut d'amor-

1 A. Schmidt. F&llt die Richtung der ErbebcnstOsse in die Richtung der Fortpflanzung der Erdbebenwelle? (Ber. il. d. XXVIII . Versammlung d, oberrhein. geoL Ver, zu Landau am 29 . Mùrz i894, Ber. û. d. Sitz. d. Mitglieder der Erdbeben Comm,),

s Tntomo ad alcuni fatti risultati da osservazîoni microsismicbe {Boll, 3oc, sism, ital,^ 18%, H, p. 75).

LE MOUVEMENT SÉISMIQUE 369

tissement de l'appareil, et en tout cas va au-devant de Tobjection qu'il n'est pas amorti.

Tout récemment, Galitzine* s'est efforcé d'établir la théorie mathématique des appareils destinés à observer et à mesurer la composante verticale. Il a été conduit à proposer des modifications à ceuxdeDavison et de Schlûter. Comme conclusion de ce travail fondamental sur la question de la réalité du mouvement vertical, le savant séismologue, loin d'en nier l'existence, en démontre seulement la petitesse relative, et il explique les difficultés spéciales relatives à sa mesure en conséquence des mouvements propres des appareils dont il faut le séparer.

Enfin, pour ne rien omettre sur cette épineuse question, il y a lieu de rappeler la manière de voir de Knott, qui parait susceptible de mettre tout le monde d'accord. Knott pense, en effet, que, d'une part, le déplacement horizontal est beaucoup plus grand que ne l'indiquent les formules de Lord Rayleigh, et que, d'autre part, les vibrations verticales sont beaucoup trop rapides pour affecter les séismographes. Cela reviendrait à dire que ce dernier aurait accordé une trop grande influence à l'action de la pesanteur dans le mouvement des lentes ondes superficielles ou semi-gravifiques. Du reste, d'après Knott, les vibrations verticales s'éteindraient beaucoup plus viteque les déplacements horizontaux, d'où une difficulté de plus pour l'observation et la mesure de celles-là.

Toutes les inductions tirées des séismogrammes relativement à la nature du mouvement séismique reposent sur la relation réelle qui existe entre les mouvements d'une particule terrestre et ceux de l'organe traçant de l'appareil. Tout se réduit, en effet, à retrouver une même ondulation ou vibration du séismogramme d'une station dans celui d'une autre station, et c'est là la base de toute la séismologie instrumentale. 11 est admis qu'un tel élément de mouvement se conserve reconnaissable sur toute l'aire macroséismique et microséismique d'ébranlement, jusqu'aux distances les plus éloignées de l'origine d'un tremblement de terre. Mais, d'après Monti *, rien ne serait plus douteux que cette survivance d'une station à l'autre dans les séismogrammes correspondants, les formules analytiques du mouvement d'une particule terrestre et de la pointe traçante renfermant un facteur qui représente l'amortissement que subit le mou-

1 Ueber die Melhoden zur Beobachtung von Neigungswellen (C. R. des séances de la Comm. sism. perman. de VAc. imp. des se. de Saint-Pélershourg^ 1906, II, livr. Il, p, 1 .

'^ Sulla misura délia velocità di propagazione délie perturbazioni sismiche in rapporte alla sismomctria razionale [Atli d. reale Ace. d, Linceiy 1906, XV).

De Montbssus. — La Science scismologiquc. 24

vement séismique en passant d'une station à Tautre, par suite de la constitution géologique du sol autour de chacune d'elles. En thèse générale, la critique de Monti est certainement fondée; mais jusqu'à quel point cet amortissement perturbateur empêche-t-il Fidentification d'une vibration, ou d'une ondulation, d'un séismogramme à l'autre ? C'est ce qu'il est difficile de décider formellement. L'opinion de Monti semble pratiquement exagérée et dépasser le but. Tous les observateurs considèrent les séismogrammes comme parfaitement comparables entre eux, sinon dans le dernier détail, du moins dans leurs traits principaux. On peut donc, d'une station à l'autre, suivre une même phase de mouvement, et l'on était bien en droit d'en tirer sui^ la propagation les déductions qui ont été la base fondamentale de toutes nos connaissances sur cette question si importante, laquelle est loin d'être épuisée d'ailleurs.

A plusieurs reprises on a voulu rendre compte de l'existence des diverses phases, ou ondes séismiques, par le processus géologique même du tremblement de terre et que l'on imaginait précisément pour les besoins de la cause. Ainsi Àngenheister pense que les frémissements préliminaires à courte période sont dus à l'effort de rupture du compartiment de la marqueterie terrestre sur ses bords, et que les longues ondes correspondent à la mise en mouvement subséquent d'ondulation de la masse du compartiment tout entier. Cela expliquerait qu'au voisinage de l'origine toutes les phases s'entremêlent. Il semble que ces recherches soient encore prématurées ; en tout cas, elles sont trop difficilement vérifiables par l'observation pour qu'il y ait lieu de s'y arrêter plus longuement.

L'état interne du globe est une des questions les plus difficiles que l'homme puisse se poser, puisqu'il s'agit de régions inaccessibles à l'observation directe. On a donc dû l'aborder par des voies indirectes. Longtemps l'aplatissement de la terre aux pôles, l'état visiblement fluide ou gazeux de Jupiter à l'époque actuelle, les anneaux de Saturne et la théorie cosmogonique de Laplace de la formation du système solaire ont été des arguments réputés à peu près irréfutables relativement à la fluidité interne actuelle de la terre. C'était là une sorte de dogme scientifique intangible que bien peu se hasardaient à seulement discuter, il y a une cinquantaine d'années. L'augmentation rapide de la température des couches terrestres avec la protondeur était considérée comme une preuve de fait dont on ne voulait pas voir la fragilité, rien ne donnant le droit de supposer que cette variation continue la même au delà du peu de milliers de mètres dont nous avons égratigné l'écorce terrestre. On trouvait

LE MOUVEMENT SÉISMIQUE 371

aussi dans les éruptions volcaniques une vérification expérimentale de la persistance de Tétat primordial, et antérieur à Tapparition sur la terre des phénomènes géologiques proprement dits. Après une longue et violente lutte de plus d'un demi-siècle entre les rigidistes et les fluidistesy ou viscosistes, comme on dit en Angleterre, la question a bien changé d'aspect. D'une part, les astronomes exigent un noyau interne solide et rigide, seul compatible avec les données numériques des éléments du système solaire, et d'autre part, les géologues se passent très bien maintenant d'un noyau général fluide ou visqueux, pour expliquer les phénomènes éruptifs, cela sans toucher à la probabilité d'un état de ce genre à l'aurore des temps de la planète, problème cosmogonique tout différent.

De tout temps, la séismologie s'est prétendue compétente pour résoudre là question, et l'idée que les tremblements de terre résultent de l'inévitable réaction entre une fragile et mince écorce et un noyau fluide ou visqueux d'une température excessive a régné jusqu'à ce que la géographie séismologique en eût démontré la fausseté, puisqu'il ne saurait y avoir de région à tremblements de terre à la surface d'un globe ainsi constitué partout d'une manière uniforme. Du moins, on était fondé à dire que les ébranlements séismiques ne tirent pas leur origine d'une telle réaction. Mais voici que les séismologues exigent, à la suite des astronomes, une terre rigide jusqu'à son centre, pour que les ondes séismiques puissent s'y propager avec les vitesses fournies par l'observation moderne. Les tremblements de terre nous apportent seuls, comme on l'a dit, des nouvelles du monde souterrain qui autrement nous est inaccessible. Il s'agit s'exposer les intéressantes recherches qui ont été faites ces dernières années dans cette voie féconde, et naguère encore tout à fait inattendue. C'est Milne* qui a, le premier, abordé le problème de l'état interne du globe par la recherche des circonstances compatibles avec les observations séismographiques, et son exemple a été suivi par d'autres savants, comme on va le voir.

Les grandes vitesses des ondes longitudinales et transversales doivent être considérées comme des minimums, en raison de la paresse de certains séismographes pour les frémissements préliminaires, et supposent leur pénétration à de grandes profondeurs vers le centre de la terre pour que la pression mutuelle progressivement

» Seismometry and « Geite » (NalurSy April 9^\ 1903, London). — Die Erdbebenforschung und das Eingeweide der Erde (Die Erdbebenwarle, 1906, III, p. 6). — The speed of earthquake motion and inferences based thereon relating to the interior of the world (Bnt.Ass, f. the adv. ofsc, Soulhport meeiing^dOZ.Seismological investigalioM, Eighth report of the Commutée^ VII, p. 1).

croissante des couches terrestres amène des valeurs suffisamment grandes de leurs modules d'élasticité et de rigidité. Mais, dit Milne, leurs valeurs de début sont faibles et n'augmentent rapidement qu'à partir d'une distance arcuale d'environ 10 degrés entre l'origine du tremblement de terre et la station d'observation, ce qui correspond pour le milieu de la corde, supposée approximativement suivie par les ondes, à une profondeur voisine du vingtième du rayon terrestre.

La faiblesse des premières vitesses serait contredite par l'hodographe du tremblement de terre des Calabres du 8 septembre 190S, mais on a vu plus haut que ces résultats de Rizzo sont discutables. Quoi qu'il en soit, cette profondeur est celle même à laquelle se produirait la fusion de toutes les roches connues, si l'augmentation de température se continue suivant la même loi que celle observée jusqu'à environ 2 000 mètres au-dessous de la surface. Milne pense qu'au delà de cette distance arcuale de 10 degrés, ou pour les 19 autres vingtièmes restant du rayon terrestre, les ondes séismiques pénètrent dans un noyau solide constitué par un métal lourd, le fer, et de densité à peu près uniforme jusqu'au centre, ce qui expliquerait la faible variation de vitesse que montre le tableau LIV à partir de cette distance.

Milne appelle « Geite » * la couche intermédiaire entre l'écorcc proprement dite et le noyau métallique solide et rigide. La matière y serait, en raison de la température et de la pression considérables à cette profondeur, dans une sorte d'état gazeux particulier lui permettant, suivant les idées d'Arrhenius, de posséder une élasticité, une rigidité et une densité supérieures à celle des corps solides connus. C'est à I artir de cette couche spéciale, vers 60 kilomètres de profondeur, que les vitesses des ondes longitudinales et transversales

Fig. 125. — Vitesses de propagation des frémissements préliminaires supposés cheminer le Jong des cordes (d'après Milne}.

De y»; (lene) et ;.c^*« (pierre) ; la lettre A est tombée.

LE MOUVEMENT SÉISMIQUE

prennent brusquement un énorme accroissement par rapport à celledes longues ondes superficielles et qu'elles pénètrent dans le dense noyau solide, où leurs vitesses n'augmentent plus que lentement, àcause de la presque uniformité de ses conditions physiques jusqu'au centre.