CHAPITRE III

Les diagrammes obtenus comme on vient de l'expliquer au moyen d'un style attaché à l'extrémité d'un pendule sismoscopique et traçant la trajectoire d'une particule terrestre sur un plan horizontal, sont aussi peu lisibles que le serait l'écriture si la main ne s'avançait pas de côté de façon à séparer les diverses lettres et, de fait, les résultats tirés de ces très grossiers sismogrammes ont été très restreints. Il a fallu, pour faire progresser nos connaissances sur la nature du mouvement sismique, l'intervention de plusieurs améliorations d'importance fondamentale apportées successivement à ces primitifs appareils; elles sont d'ailleurs indépendantes du principe auquel on s'adresse pour réaliser la masse fixe, appelée aussi stationnaire, à laquelle on rapporte la trajectoire du point en contact avec l'extrémité du style. Il

SISMOLOGIE MODERNE. 3

y a donc lieu d'exposer préalablement ces améliorations . Ce sont : l'agrandissement ou la multiplication du mouvement sismique; sa décomposition suivant deux axes rectangulaires; le mouvement imprimé au plan enregistreur; enfin l'amortissement du mouvement pendulaire propre. Les tremblements de terre les plus habituels ont une amplitude beaucoup plus faible qu'on ne se l'imagine ordinairement; elle se réduit à quelques millimètres, alors même que l'observateur se sent par exemple très fortement secoué dans son lit. Cette illusion provient de ce que le mouvement sismique agit sur lui avec toute l'énergie que lui donne l'énorme masse terrestre, et c'est là un argument qui n'a pas été suffisamment mis en lumière jusqu'ici. Les diagrammes ne seront donc lisibles que si on amplifie convenablement la trajectoire de la particule terrestre. On a déjà vu appliquer le pantographe ou sismoscope pendulaire, mais on arrive plus simplement au résultat, tout en diminuant beaucoup les frottements nuisibles à l'exacte reproduction de la trajectoire, en maintenant la masse stationnaire en contact avec l'extrémité d'une tige horizontale traçante mobile autour d'un axe vertical faisant partie du bâti de l'appareil et par conséquent relié au sol. Les mouvements de l'extrémité traçante de la tige seront ceux du point de contact multipliés par le rapport de leurs distances respectives à l'axe vertical.

On dispose de l'agrandissement, ou multiplication, suivant les besoins. Ordinairement compris entre 10 et 20 fois le mouvement réel, il peut atteindre plusieurs centaines ou même plusieurs milliers de fois dans les appareils destinés par exemple à l'enregistrement des pulsations du sol dues à d'autres phénomènes d'origine non sismique, déjà plusieurs fois signalés, ou les « tachysismes ».

En même temps, on a décomposé le mouvement sismique suivant une certaine direction, celle de la perpendiculaire à la tige, et deux dispositifs semblables donneront séparément ses composantes suivant deux directions perpendiculaires entre elles, et il suffira de les recomposer à chaque instant pour remonter à la projection horizontale de la trajectoire de la particule terrestre. Pratiquement ces deux directions seront le méridien et le parallèle du lieu d'observation, ou leurs bissectrices nord-est et sud-est. Mais, dans un lieu situé au voisinage d'un grand trait de la surface terrestre, comme une chaîne de montagnes, ou un accident géologique d'importance, il est à conseiller d'adopter leur direction et sa perpendiculaire. On pourra peut-être ainsi dévoiler leur influence sur la genèse et la propagation des tremblements de terre delà région.

Cette disposition en entraîne forcément une autre complémentaire, sans laquelle le diagramme

jeraît beaucoup plus illisible qu'antérieurement, puisqu'il se réduirait à un trait, la pointe du style ne pouvant décrire autour de son axe vertical que de petits arcs de cercle qui se recouvriraient les uns les autres sur le plan horizontal enregistreur recouvert d'une couche de noir de fumée. Tout ce ;ju'on en pourrait tirer, ce serait l'amplitude maxima. Il faut donc donner au plan enregistreur un certain mouvement continu, qui séparera tes diverses oscillations de la particule en contact avec la pointe du style. A cette fin, on a d'abord employé une plaque de verre enfumé tournant excentriquement; ce dispositif est abandonné, on se sert d'un tambour cylindrique dont le mouvement de rotation sur son axe propre entraine celui d'une bande de papier enfumé. Tant que le sol ne tremble pas, le style trace une section droite du cylindre, en développement une droite, mais vienne une secousse, il tracera une courbe ondulée, ou sinusoïdale, allongée sur la section droite en question et pour chacun des éléments de laquelle on pourra mesurer l'amplitude et la période eu tenant compte de la vitesse de rotation du papier et de la multiplication. L'heure se déduira du nombre de tours et fractions de tours décrits depuis la mise en place du papier. Il faudrait donc un appareil auxiliaire pour compter les tours, mais on pourra éviter l'emploi de cet appareil en montant le tambour sur un axe fileté qui lui

donnera un mouvement de translation. Dès lors, le style décrira une hélice sur le tambour, et le nombre de spires et de fractions de spires donnera le temps. On complète le système et on simplifie la mesure du temps, en la rendant plus exacte aussi, en faisant frapper les heures et les minutes sur le papier enfumé par un mécanisme relié à une horloge électrique à contacts. L'on obtiendra ainsi, sans calculs, l'instant et la durée d'un élément quelconque du mouvement sismique.

La vitesse de rotation du tambour sera déterminée suivant le genre de recherches que Ton se propose. La plus convenable à l'ordinaire est celle qui correspond à un mouvement de 15 millimètres à la minute à la surface du cylindre, ou à un quart de millimètre par seconde, mouvement qui laisse un espace suffisant entre les oscillations différentes tracées par une fine pointe. Pour l'étude des vibrations rapides, on peut aller jusqu'à doubler cette vitesse, soit 30 millimètres par minute. Au delà il s'agit d'appareils spéciaux qui ont l'inconvénient de transformer les rapides oscillations en larges ondulations dont l'analyse se trouve singulièrement compliquée de ce fait. On a construit des appareils dans lesquels la rotation ne se produit qu'au moment de la secousse terrestre, ou bien augmente à cet instantmême; ce sont là des instru-' ments rarement employés.

L'enregistrement mécanique par une pointe

18 LA SISMOLOGIE MODEIIXE

fine sur papier enfumé, que l'on fixe ensuite au moyen d'une solution ad hoc, donne des tracés très fins et très lisibles; il est de beaucoup préférable \ l'emploi d'une plume avec encre inséchable, îmployée dans beaucoup d'appareils météorologiques où la finesse du trait n'est pas exigée par la rapide variation du phénomène à enregistrer. Mais dans l'un et l'autre cas les frottements de la pointe ou de la plume sur le papier, de l'axe de la tige porte-pointe sur ses pivots, de l'appareil de liaison entre la masse stationnaire et la tige, ne sont pas sans amener des perturbations qui iltèrent le diagramme relativement à l'exacte reproduction de la trajectoire de la particule terrestre, et il a fallu toute l'ingéniosité des constructeurs pour réduire ces inconvénients au minimum. Aussi a-t-on songé à supprimer ces défauts au moyen de l'enregistrement photographique. Il suffit pour cela qu'un petit miroir porté par le pendule renvoie un rayon lumineux sur une bande de papier sensible soumise à un mouvement de translation. Ce système nécessite le développement journalier d'une longue bande, ce qui coûte cher, mais en outre, et chose plus grave, la séparation entre les signes est bien moindre que celte des traits obtenus par une pointe, car on ne peut guère descendre au-dessous du millimètre, ou bien il faudrait beaucoup augmenter la vitesse, ce qui amènerait des dépenses excessives.

Ces divers perfectionnements ont permis d'obtenir des diagrammes très nets dont la lecture et l'analyse sont faciles, mais ils n'ont amélioré en rien l'exactitude avec laquelle un sismographe pendulaire enregistre la trajectoire de la particule terrestre, puisque rien n'a encore été fait en vue de réaliser la fixité absolue de la masse stationnaire à laquelle on rapporte le mouvement en l'empêchant de finir par obéir ellemême au mouvement terrestre. Ce desideratum n'apas toujours

été Considéré par les Fig. 7. — Sismograinnie obtenu à , , Santiago du Chili, la 8 juin 1909, aveo

Constructeurs avec onpentata Boach-Omori non amorti.

toute l'attention qu'il

mérite, de sorte que certains appareils fournissent des tracés dont la régularité géométrique , on pourrait presque dire le caractère artistique, est le plus sûr garant de leur peu de valeur quant à la représentation exacte du mouvement sismique, masqué en grande partie par le mouvement pendulaire propre. Il faut donc de toute nécessité arrêter, ou amortir comme on dit, ce mouvement qui tend toujours à s'établir faute de suffisante inertie, parce qu'on ne peut construire

des pendules ni assez lourds, ni assez longs pour que leur période propre soit extrêmement lente par rapport à celle du mouvement sismique.

D'ailleurs l'augmentation de masse introduit un nouvel inconvénient : les frottements sur les pivots ou organes de suspension croissent au point que le mouvement sismique du bâti suffît pour entraîner le mouvement de la masse stationnaire. L'amortissement dont la nécessité s'impose ainsi s'obtient en introduisant une résistance dans l'appareil. Les méthodes les plus usitées consistent en une plaque liée au pendule et oscillant avec lui au sein d'un liquide visqueux, comme de la vaseline, ou dans une botte a air, dernier système qui peut être avantageusement remplacé par un piston très ajusté dans un cylindre. Dans tous les cas, la résistance d'un fluide sur les deux faces de la plaque ou du piston, atteint parfaitement le but. On a utilisé aussi l'action antagoniste d'un champ magnétique sur une pièce liée au pendule. Primitivement on avait adjoint au pendule sismographique un second pendule auxiliaire dont les oscillations contraires tendaient à détruire les siennes propres; ce système, dit du double pendule Ewing, n'a pas tardé à être abandonné comme infidèle- Toutes ces améliorations n'ont pas été réalisées simultanément, et d'ailleurs chacune d'elles a fait peser des problèmes particuliers de construction

qu'il serait déplacé d'étudier ici, de sorte qu'entre temps on s'est attaqué au pendule lui-même, au début exclusivement une masse suspendue par un fil, mais que la difficulté déjà plusieurs fois signalée d'obtenir une suffisante lenteur d'oscillation propre n'a plus laissé subsister que dans un nombre restreint de sismographes. De ces recherches dirigées vers l'amélioration de la fixité de la masse stationnaire sont résultés les pendules invertis et les pendules horizontaux, qui se partagent actuellement les préférences des sismologues.

L'emploi du pendule inverti, c'est-à-dire d'une masse pesante en équilibre sur sa pointe inférieure, a fait le succès des sismographes Wiechert. Grâce à des ressorts en croix disposés en suspension à la Cardan, cet équilibre, à première vue de réalisation impossible, a permis d'obtenir des périodes pendulaires de suffisante lenteur par rapport aux périodes sismiques et en même temps une grande inertie de la masse. Ces pendules sont dits astatiques. En faisant varier la masse, on est parvenu à construire des appareils embrassant une grande partie de la gamme des mouvements terrestres, depuis les plus infimes et rapides pulsations jusqu'aux lentes oscillations des téléséismes* Ces qualités, jointes à l'ingéniosité des dispositions mécaniques de détail et à l'amortissement à air, ont fait des pendules astatiques de Wiechert des appareils d'un emploi très répandu. On en a con-

struit pesant jusqu'à 17 tonnes et le modèle de 1000 kilogrammes est déjà d'une très grande sensibilité.

Le principe des pendules horizontaux a été pris dans la vie courante. Tout le monde connaît les portes qui, ouvertes par le passant, se referment d'elles-mêmes en revenant après quelques oscillations se replacer entre leurs montants. Le secret de cette propriété consiste simplement en ce que les gonds ne sont pas situés sur la même verticale et la période d'oscillation estd'autant plus rapide ou plus lente qu'estplusgrandou plus petit l'écart des verticales des deux gonds. Il ne sera pas inutile de faire remarquer que, dans le cas de la porte, la résistance de l'air intervient comme amortisseur pour diminuer le nombre des oscillations après lesquelles elle arrive au repos. Mais si les gonds sont sur la même verticale, il n'y a plus de plan vertical d'équilibre final et la porte n'oscillera plus, restant là où on la laisse; son équilibre serait neutre ou indifférent.

Kien de plus facile que d'imaginer tel dispositif de masse sismographique établie de la sorte, et l'on

se donnera a priori la période d'oscillation pendulaire convenable, d'où l'on déduira la distance verticale des gonds, et ici point de suspension et point d'appui contre une colonne. On calculera par là même ce qu'on appelle la longueur équivalente du pendule horizontal, c'est-à-dire la longueur du pendule simple synchrone, ou de même période d'oscillation, et l'on sera tout étonné de voir que Ton peut ainsi remplacer, et avantageusement,

cela se conçoit sans

peine, des pendules mmw/aàm«mff//mmfw é ordinaires dont la Ion- Fi e- 10 - r ? rïnc[ ?° d « P endole

horizontal lourd.

gueur atteindrait plusieurs centaines de mètres, ou même des kilomètres. Il ne faut toutefois pas tomber dans cet écueil d'arriver à des pendules horizontaux de période si lente que le mouvement terrestre suffirait à les entraîner. Ils seraient devenus presque indifférents et le but serait dépassé. Pour fixer les idées, on dira qu'une période pendulaire de 30 secondes donne déjà de bons résultats, puisque c'est une période décuple de celle de nombreuses oscillations sismiques.

Les pendules horizontaux présentent ce grand avantage de permettre une construction robuste ; il en a été établi un grand nombre de modèles

dont les plus connus sont ceux d'Omori et de la Cartuja de Granada. On les établit lourds ou légers,

Fig. 11. — Pendule lourd de Boscb.

(Cllcli* I. & A, Bondi, conitrnclcun i Slrnabourg!

leur sensibilité croissant avec leur poids, toutes choses égales d'ailleurs. Faute d'amortissement, les grands pendules horizontaux de Stiattesi ne sont que de gigantesques sismoscopes.

Les sismographes destinés à l'enregistrement de la composante verticale ne diffèrent pas essentiel-

lement des précédents quant aux parties accessoires autres que la masse pendulaire. Wiechert a constitué le sien au moyen d'une sorte de balance et Vicentini s'est servi d'une masse adaptée à l'extrémité d'une verge horizontale. Dans l'un et l'autre cas, la masse stationnaire ne peut servir de point de repère qu'à un mouvement terrestre vertical, que l'on transforme ensuite en mouvement horizontal pour l'enregistrer sur le tambour tournant. Ces appareils sont peu employés, sans doute surtout à cause de la petitesse de la composante verticale toujours réduite à une si petite fraction de la composante horizontale que beaucoup de sismologues en niaient la réalité. Il a cependant fallu se rendre à l'évidence des faits et finalement admettre son existence.

En pratique, un sismographe n'est pas apte à enregistrer convenablement toutes les oscillations * terrestres; il ne rend bien que certaines d'entre elles dont la période ne diffère pas trop d'un sousmultiple simple de la sienne propre. Il se passe là quelque chose d'assez analogue à ce qui se présente pour les diapasons relativement aux sons musicaux. On est donc dans l'obligation, pour un observatoire sismologique important, d'installer des appareils divers afin d'embrasser toute la longueur du spectre sismique. Ici l'on ne peut qu'indiquer ce genre de considérations ressortissant au seul domaine de la sismologie professionnelle, du

moins tant qu'on ne possédera pas un appareil universel capable d'enregistrer également bien les vibrations lentes ou rapides, si tant est qu'on puisse y arriver.

De toutes façons, l'étude des tremblements de terre d'un pays de grande étendue nécessite l'emploi d'un même appareil dans les diverses stations, et il serait grandement à désirer que ce desideratum fût satisfait à la surface du monde entier pour que les sismogrammes d'un même grand séisme fussent strictement comparables. Cette condition si importante n'est cependant pas loin d'être réalisée par suite de la grande diffusion de certains appareils peu nombreux, ceux de Milne (photographique), de Bosch-Omori, de Wiechert, de Mainka et de Vicentini. C'est ainsi que, pour le grand tremblement de terre de Valparaiso du 16 août 1906, on a pu constituer et publier plusieurs séries de sismogrammes comparables entre eux dans chacune des séries, résultat appréciable, quoique encore insuffisant. Quoi qu'il en soit, les modèles précédemment cités tendent à être à peu près les seuls généralement employés, et nous ne sommes plus à l'époque où Ehlert, en 1898, pouvait décrire plus de deux cents appareils, nombre qui à lui seul prouve combien étaient alors hésitants les sismologues quant aux principes à appliquer dans l'invention des sismographes.