LES SISMOSCOPES ET CE QU'ILS NOUS APPRENNENT

Les appareils destinés à étudier les tremblements de terre et à mesurer les divers éléments du mouvement sismique se divisent naturellement en deux classes qui correspondent d'ailleurs à Tordre historique de leur invention et de leur emploi. Les uns signalent le phénomène, en fixant le temps, la durée et l'amplitude, tandis que les autres, plus compliqués, enregistrent pour toujours la trajectoire d'une particule de la surface terrestre, ce qui permet de l'étudier ensuite à loisir. Les premiers sont les sismoscopes, les seconds les sismographes ou sismomètres. De même que certaines personnes sont, très sensibles aux secousses du sol et en perçoivent nettement qui passent généralement inaperçues, de même aussi ces appareils sont de très inégale sensibilité; mais jusqu'à présent, dès que

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les tremblements de terre deviennent très violents, ils n'échappent point sinon à la destruction, du moins à des perturbations telles qu'ils sept mis hors d'état de fonctionner convenablement; il y a là une sorte de contradiction qu'il n'a pas encore été possible de résoudre pratiquement, entre la sensibilité pour les faibles secousses et la résistance contre les grandes.

Le tremblement de terre étant un brusque mouvement de l'écorce terrestre, tout corps en équilibre facilement dérangeable peut servir de sismoscope. Ce sera un liquide tel que du mercure, placé dans un vase, et qui, mis en mouvement, pourra s'échapper par un certain nombre d'orifices percés près du bord; tombant dans des coupelles convenablement disposées au-dessous, on aura une idée approchée, pensait-on du moins autrefois, de la direction d'où sera venue la secousse. Une boule surmontant une colonne ira tomber de même et marquera la direction de sa chute sur une table couverte de sable fin. Deux corps métalliques rapprochés, dont l'un mobile, viendront à choquer l'un contre l'autre au moment du tremblement de terre et fermer un circuit électrique dans lequel sera interposée une sonnette. Qu'une pendule préalablement arrêtée sur midi, parce que son balancier est retenu par un dispositif quelconque et facile à imaginer et peut être mis en liberté par la chute d'un corps par exemple, ou par l'ouver-

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ture ou la fermeture d'un courant, qu'une pendule, disons-nous, soît ainsi agencée et adjointe à l'appareil sismoscopique, et \'oi\ aura le moyen de calculer l'heure du phénomène en soustrayant le temps pendant lequel elle aura marché au moment de son inspection de celui marqué par une horloge ou une montre quelconques. — L'homme lui-même n'est-il pas un des plus sensibles sismoscopes?

Le nombre de combinaisons possibles de ce genre est pratiquement illimité et, en fait, il existe un nombre considérable de bons sismoscopes en usage. Ils doivent être fidèles, c'est-à-dire qu'ils doivent toujours fonctionner à partir d'un certain degré d'intensité des tremblements de terre, degré qui peut être rendu aussi faible qu'on voudra. Ainsi le simoscope Agamennone est basé sur l'emploi d'un pendule renversé, constitué par une masse enfilée sur une tige verticale; en oscillant celle-ci vient au contact d'une autre pièce métallique et un circuit électrique se ferme et actionne une pendule organisée comme il a été dit tout à l'heure. La sensibilité de l'appareil se règle comme on veut, toutes choses égales d'ailleurs, suivant la hauteur de la masse, et l'on est parvenu par ce moyen à signaler des tremblements de terre relativement faibles survenus à de grandes distances, jusqu'à 700 ou 800 kilomètres, et tout à fait insensibles à l'homme au lieu de l'observation.

On est ainsi conduit à ce fait nouveau, intéres-

sant et dû à l'observation instrumentale seule qu'un tremblement de terre, même faible, se propage à de très grandes distances et met en mouvement des portions considérables de la surface terrestre sous forme d'imperceptibles ondulations, insensibles à l'homme, que des appareils peuvent signaler et qu'on appelle microséismes par opposition avec les secousses ordinaires sensibles, ou macroséismes. Ce tremblement de terre ainsi mis en évidence à grande distance est pour l'observateur un téléséisme. Les mêmes sismoscopes permettent aussi d'observer de très petits mouvements locaux, microséismes aussi, trop faibles pour les sens de l'homme et de foyer rapproché.

Cette sensibilité d'un sismoscope, si on la pousse trop loin, ne va pas d'ailleurs sans de sérieux inconvénients, car alors l'appareil devra être installé loin des lieux habités, où des mouvements artificiels non sismiques suffiraient à le faire fonctionner, comme les voitures, tramways, etc. Il pourrait même arriver qu'ils signalassent d'autres mouvements naturels de l'écorce terrestre, tels que ceux très faibles produits par le vent, les variations de pression atmosphérique et autres phénomènes non sismiques du même genre. Le but serait dépassé.

Le véritable rôle des sismoscopes consiste à suppléer pour les petites secousses à l'attention des observateurs chargés de signaler à un bureau

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central tous les tremblements de terre sensibles. Si donc on installe à la surface d'un même pays un nombre suffisant de sismoscopes identiques dans des stations systématiquement choisies, et si ce réseau est assez dense, non seulement aucune de ces petites secousses n'échappera à l'observation, mais encore pour chacune d'elles on pourra tracer sur la carte les limites de l'aire d'ébranlement correspondant à la sensibilité particulière à l'appareil en fonction. On résoudra donc à la longue le problème de la répartition géographique des tremblements de terre à la surface du pays considéré, problème dont nous marquons ici l'importance fondamentale, sans nous appesantir en ce moment sur ce sujet.

La courbe qui limite ainsi la portion de territoire ébranlée par un tremblement de terre est ce qu'on appelle son isoséiste limite : c'est le lieu des points où le tremblement de terre s'est fait sentir avec l'intensité au plus nécessaire pour faire fonctionner l'appareil sismoscopique en usage.

. L'isoséiste limite présente généralement une forme assez irrégulière, tant la propagation du mouvement sismique est fortement influencée par les variations du relief et de la constitution géologique des couches de la surface ébranlée. Ces irrégularités s'atténuent si l'échelle de la carte est convenablement choisie et, comme première approximation, cette courbe présentera un point central,

qui ne pourra jamais être bien éloigné du lieu où le tremblement de terre aura pris naissance. Une longue série d'observations dirigées dans ce sens fera ainsi connaître les foyers les plus habituels des secousses du pays considéré et cette étude préliminaire sera la base de sa géographie sismique.

Ce problème, pour intéressant qu'il soit, n'est pas celui qui doit nous préoccuper maintenant; il faut examiner jusqu'à quel point les sismoscopes peuvent renseigner sur la nature du phénomène en complétant et précisant davantage les notions antérieurement acquises sans l'aide d'aucun appareil.

Au début de l'emploi des sismoscopes, et cela dès le xviii' siècle, on a eu recours au pendule pour constituer certains de ces appareils, et, comme on le verra plus loin, c'est ce principe qui a été le plus fécond jusqu'à présent pour enregistrer graphiquement les tremblements de terre et leur appliquer des méthodes de mesure. Or le pendule jouit de cette propriété bien connue d'osciller d'autant plus lentement que son centre de gravité est plus loin de son axe de suspension et que sa masse est plus considérable. Comme, d'autre part, on ne peut analyser le mouvement d'un mobile quelconque, ici une particule terrestre, qu'en le rapportant à des axes fixes, ou considérés tels dans l'espace, on voit que dans le très court espace de temps que dure un tremblement de terre, la masse d'un très long

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et très lourd pendule n'aura pas, grâce à son inertie, eu le temps de se mettre à osciller sous l'impulsion terrestre à laquelle aura cependant obéi son point de suspension lié à la terre. Par inertie, la verticale du centre de gravité restera donc approximativement fixe dans l'espace. Ceci admis, on termine inférieurement le pendule par un style très léger qui viendra toucher à peine une table recouverte de sable fin, ou une plaque de verre enfumé. Au moment du tremblement de terre, la table ou la plaque horizontale obéira au mouvement sismique, puisqu'elle fait corps avec la terre et, le phénomène passé, on trouvera écrite en sens inverse, sur le sable ou le noir de fumée, la trajectoire du point qui, au début, correspondait à la pointe du style, restée immobile. Ainsi la main d'un écrivain pourrait rester fixe si, tout en maintenant le contact de la plume avec le papier, on imprimait à celui-ci exactement les mouvements inverses de ceux de la plume, et l'on n'en obtiendrait pas moins en fin de compte l'écriture ordinaire, la main mobile, le papier fixe. Le mouvement sismique se trouve ainsi directement enregistré et si l'on fixe le noir de fumée au moyen d'une solution appropriée, on pourra ensuite étudier à loisir la trajectoire horizontale d'une particule terrestre ébranlée par un tremblement de terre.

Cet enregistrement est d'autant plus fidèle que

le pendule sismoscopique est plus long et plus lourd, mais pour obtenir une immobilité suffisamment approchée de cet appareil, il faudrait des dimensions pratiquement inapplicables, des dizaines de mètres et plusieurs tonnes. Par conséquent, dans les cas ordinaires, il ne manquera pas de se mêler au tracé sismique, ou sismogramme, l'effet des oscillations pendulaires propres; mais pour le moment il faut nous contenter de cette approximation.

Généralement les diagrammes ainsi obtenus sont très petits et se réduisent à une tache blanche, sur le papier enfumé, dont on ne peut rien tirer, tant les diverses ondulations se recouvrent inextricablement les unes les autres; à moins que le tremblement de terre ne soit déjà fort intense, le sismogramme est tout à fait illisible.

On a alors imaginé d'interposer un pantographe entre le pendule et le style traçant, et les diagrammes s'améliorent en proportion du degré de multiplication adopté. Il est vrai qu'aussi le tracé représente moins fidèlement la trajectoire horizontale d'un point, car on a par là même introduit des frottements perturbateurs aux articulations et aux points d'appui du pantographe. N'importe, les diagrammes deviennent plus lisibles. Or, dans ces conditions, on obtient des tracés dont l'extrême complication correspond, on n'en peut douter, à celle même du mouvement sismique, et qui est,

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même pour les intensités ordinaires, beaucoup plus grande que celle accusée par nos sens.

Dans ces tracés, toute notion de la direction d'un tremblement de terre s'évanouit, puisqu'elle varie

dans les Philippines (d'après le ■ Philippine Weatber Bureau •).

constamment pendant toute sa durée et, pour l'interpréter, il faut revenir à l'observation des sens qui , cependant, semblent si nettement, dit-on, reconnaître la direction du phénomène. Mais, à y regarder de plus près et au moyen de statistiques judicieusement établies, on s'est aperçu que, dans une même ville et à l'occasion d'un même trem-

blement de terre, les divers observateurs signalent en très grande majorité les directions des principales artères, ou des directions perpendiculaires, c'est-à-dire, en fin de compte, celles des murs des maisons où ils se trouvent; s'ils se rencontrent à l'extérieur et en pleine campagne, la direction des couches terrestres influera sur leurs appréciations. En ce qui nous concerne personnellement, nous n'avons presque jamais pu discerner une direction nettement définie dans de très nombreux tremblements de terre du Centre-Amérique ou du Chili.

Ainsi donc, d'après ces tracés, un tremblement de terre n'a pas à proprement parler de direction, et c'est là un élément à supprimer dans les catalogues sismiques, sauf dans des cas très particuliers, puisque, en général, la sensation dont il s'agit résulte de la situation contingente de l'observateur par rapport à des objets matériels tels que murs d'édifices ou strates terrestres. D'ailleurs, quand on sait ultérieurement d'où est émané le tremblement de terre, il est facile de constater que la plupart des directions signalées ne convergent pas vers son origine. Toutefois l'appréciation de la direction sera plus exacte si l'observateur est très éloigné de la région épicentrale.

Cette extrême complication des tracés doit permettre d'analyser la nature même du mouvement sismique. Elle montre qu'à des intervalles de temps très rapprochés , il arrive à

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l'observateur des impulsions de directions très différentes. Gela s'explique en partie si le tremble-

Cl*

Fig. 4. — Directions observées au voisinage de Sinj lors du trembloment de terre du 3 juillet 1898 (d'après Faidiga).

ment de terre, au lieu d'émaner d'un point, hypothèse reconnue fausse maintenant comme trop simple, s'est irradié simultanément de tous les points d'une ligne ou surface représentant un accident géologique d'une certaine étendue, soit une fracture, soit une faille, soit même un com-

partiment plus ou moins grand, mais limité de l'écorce terrestre et dont la mise en mouvement a produit le phénomène, ainsi que l'observation nous en fournira plus tard des exemples probants. Ces impulsions arriveront donc a l'observateur, ou au style enregistreur, avec des directions diverses, toutes comprises entre les cotés de l'angle formé avec les extrémités de l'accident géologique en question. En outre, pendant leur trajet, ces impulsions n'auront pas manqué d'interférer entre elles, ni de se réfléchir dans tous- les sens contre les irrégularités de constitution et les solutions de continuité des couches terrestres traversées.

Il peut cependant arriver, surtout si le foyer sismique est de dimensions restreintes par rapport à la distance à laquelle on l'observe, que le tracé prenne une forme allongée dans un certain sens; en d'autres termes, il y a prédominance de certaines directions d'oscillations voisines entre elles. Le mouvement sismique correspondant accusera ainsi une élongation maximum de la particule terrestre dans cette même direction, et on pourra conventionnellement avec plus de justesse parler de la direction ainsi entendue du tremblement de terre. Ce nouvel élément a son importance, comme on le verra plus tard, quant aux effets des tremblements de terre sur les édifices d'une ville en particulier. Si, en effet, on construit autour d'un lieu les élongations maxima observées pendant

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un grand nombre d'années, on obtiendra pour sa rose sismique une nette prédominance dans un azimuth déterminé, ce qui correspond évidemment

Fig. 5. — Rose sismique d'Orizaba (d'après le relevé des observations

de C. Mottl de 1889 à 1895).

à la direction du foyer sismique d'où lui viennent le plus grand nombre de secousses, et cette interprétation a pu être vérifiée a posteriori pour certaines villes. C'est celle suivant laquelle il conviendra d'orienter les principales façades des édifices pour diminuer les risques.

Il n'est pas rare non plus de pouvoir démêler

i8 un diagramme obtenu au moyen d'un simple idule deux systèmes prédominants d'oscillations peu près perpendiculaires entre elles. Ce fait . pas manqué d'attirer l'attention et, en partiier, De Rossi, très pénétré de cette opinion que

tremblements de terre de l'Italie centrale sont i à des mouvements tectoniques le long de Iles, croyait que ces deux systèmes d'ondulans correspondent à des mouvements simultanés

long de la faille et perpendiculaires à sa ection, c'est-à-dire à des mouvements de coulage et d'ouverture respectivement. L'expliion est ingénieuse, mais il n'est pas certain elle soit généralement exacte. On peut, en effet, ribuer ces deux systèmes d'ondes au mouvement idulaire propre, mouvement qui n'est pas touirs négligeable, car il est impossible de donner c appareils des longueurs et des poids suffisants nr en assurer l'élimination complète. Et précinent Cecchi a montré expérimentalement qu'en M-çanl sur un pendule préalablement mis en filiation une impulsion convenable à une taine phase de son mouvement, on obtient de nblables systèmes plus ou moins orthogonaux scillations. Rien n'empêche de supposer qu'il isse se produire quelque chose d'analogue sur sismoscope pendulaire, du fait même de :rivée d'ondes sismiques successives de direcns différentes.

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On a aussi établi des sismoscopes destinés à l'observation des secousses sussultoires, et pouvant déceler, par conséquent, le mouvement vertical. On s'est adressé pour cet objet à des ressorts en spirale. Ils sont d'ailleurs peu usités.

L'emploi des sismoscopes pendulairesn'estpasstrictement limité àl'observation des secousses sismiques plus ou moins intenses. Bertelli a eu l'idée d'analyser au moyen du microscope les infimes mouvements de pendules enfer- tXiTj^SSSTJTsC^Sirnii

mes dans de lonSTS ° hgc . Porpond'culairo, puis parallèle a ce S dernier (d'après Ceccai).

tubes de verre pour

les soustraire aux influences extérieures perturbatrices; il a pu ainsi observer des microséismes, ou plutôt des pulsations dues à des phénomènes météorologiques ouautres, ou mélangées à des oscillations d'origine sismique, et dont l'amplitude ne dépassait pas le micron, ou millième de millimètre. Si d'ar-

dentés polémiques se sont élevées autour de ces phénomènes, observés en 1872, on a dû se rendre à l'évidence et donner raison à l'habile expérimentateur qui, dans cet ordre d'idées, a pu découvrir nombre de faits intéressants quant à l'action des phénomènes météorologiques sur l'écorce terrestre. De Rossi s'est aussi emparé de ces minuscules vibrations pour en faire des avant-coureurs ou des compagnons ordinaires des tremblements de terre, mais cette voie de recherches ne l'a pas conduit à des résultats généralement acceptés.

Les principaux progrès de nos connaissances sur le mouvement sismique sont dus à la transformation des sismoscopes en sismographes, et ce sont ces derniers appareils qui vont faire l'objet du chapitre suivant.