chapitre viii rotations en sismologie

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chapitre VIII

rotations en sismologie

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la combinaison de deux translations induit des rotations

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ring laser interferometer (RLI)

d’après Igel et al.

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d’après Igel et al.

5d’après Igel et al.

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trois types d’observations des sismogrammes ne peuvent être

expliqués par la théorie • sauts sur la ligne de base des enregistrements en

champ proche ;• composantes horizontales longue période toujours

plus bruitées que la composante verticale ;• dans certaines stations, on observe le même signal

sur les deux composantes horizontales.

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séisme proche à Taïwan (Chichi, 21-09-1999)

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mêmes traces exprimées en vitesse du sol

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enregistrement d’un séisme très proche avec un sismomètre

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enregistrement d’un séisme proche avec un sismomètre

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bruit de fond de la station Geoscope de Hyderabad (Inde)

N-S E-W Z

STS-2

STS-1

Seismic background noise (m/s2) power spectral densitymeasured at seismic station Heimansgroeve (HGN), Netherlands

during 2002: 302- 309 and 2003: 029 - 043

Introduction and motivation

Reinoud Sleeman, Peter Melichar IASPEI, 2009, Cape Town STS-2 self-noise measurements

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le bruit de fond des deux composantes horizontales est identique (CCM)

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le bruit de fond des deux composantes horizontales est identique (CCM)

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seul le bruit de fond est concerné par cet effet, les séismes sont correctement

enregistrés

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les soupçons se portent sur les capteurs inertiels utilisées en sismologie :en particulier, les composantes horizontales

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l’inclinaison du sol (tilt) induit un déplacement de la masse

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bandes passantes d’un pendule horizontal

• les pendules horizontaux sont des capteurs doubles. Ils enregistrent aussi bien les mouvements de translation du sol que les inclinaison de celui-ci.

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évolution de la bande passante des tilts comparée à la bande passante en translation

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plus le sismo est longue période,plus il est sensible aux tilts

• les pendules de Blum sont des pendules horizontaux très longue période dédiés à la mesure des tilts.

• en champ proche et à longue période, les observations du comportement inhabituel des sismomètres horizontaux peut s’expliquer par leur capacité à enregistrer aussi bien des translations que des rotations.

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photo d’un pendule de

Blum dans le tunnel de

Sainte Marie aux Mines(1973, T=30 s,

1 mm à 1000 km ~10-9 rad)

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les variations de la pression atmosphérique

induisent des tilts LP à la surface de la Terre

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tilt en champ proche

• très fortes amplitude d’accélération de translation;• un très petit tilt qui donne un signal (équivalent à une

accélération) de la forme ;• ce signal est tellement faible (par rapport au

mouvement de translation) qu’il est invisible sur l’enregistrement en accélération;

• il se révèle quand on exprime le signal en vitesse;• en champ proche, il est facile de concevoir que

l’horizontale du lieu ne soit pas conservée après le séisme;

• se rajoute à cela, le déplacement co-sismique.

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trois effets se conjuguent à la station en champ proche

GPS

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exemple d’ajustement des données sismiques aux données GPS

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mesure de l’azimut et de l’amplitude du tilt en champ proche

4.076 cm/s²

3.446 cm/s²

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vecteurs tilts à Taïwan après le

Chi-Chi earthquake (21-09-1999)

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déformation d’un tunnel sous l’effet d’une onde sismique

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appareils de mesure de rotation

• RLI : ring laser interferometer• rotaphone (Brokesova et al.)• capteur 6 DOF : sismomètres plus gyroscope• niveau à bulle perfectionné (?)• etc….

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rotaphone

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autre modèle de rotaphone

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exemple d’enregistrement de rotation

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tilt sur un pendule vertical

• c’est le cosinus du tilt qui agit sur le pendule vertical.

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monuments tournés

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monuments tournés

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explication du phénomène

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vérification expérimentale:Kinoshita (2009)

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marche des Moaïs de Rapa Nui

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conclusion

• la qualité des enregistrements sismologiques augmente sans cesse et ils révèlent ainsi des mouvements insoupçonnés, comme des rotations.

• les mesures des rotations dans le champ sismologique n’en sont qu’à leurs débuts.