I.A. Qu’est-ce qu’un séisme ?

Lorsqu’elles sont soumises à des contraintes mécaniques suffisamment fortes, les roches de la surface terrestre se déforment d’abord de manière élastique puis finissent par casser, ce qui forme alors une faille délimitant deux blocs. Un séisme se produit lors de la création d’une faille ou plus souvent lorsque les blocs délimités par une faille déjà existante se déplacent à nouveau (= la faille rejoue). 

Au cours d’un séisme, une grande quantité d’énergie est soudainement libérée. Les roches au niveau de l’hypocentre aussi appelée foyer sismique (zone profonde ou s’initie le mouvement) vibrent et produisent des ondes sismiques qui se propagent dans toutes les directions de l’espace. Ces ondes sismiques peuvent être enregistrées à l’aide de sismographes, qui produisent des sismogrammes. Les fronts d’ondes sont des surfaces au niveau desquelles les particules vibrent en phase. La direction de propagation du front d’onde est un rai sismique.

I.B. Les différents types d’ondes sismiques

Au cours d’un séisme, 3 types d’ondes sont produites : P, S et L. Les ondes P et S sont des ondes de volumes. Leur étude permet d'étudier la structure interne du globe. Les ondes P, les plus rapides, se propagent à la fois dans les solides et les liquides. Les ondes S, un peu plus lentes, se propagent dans les solides mais pas dans les liquides (ce qui a son importance pour la suite).

Les ondes L, ondes de surface, n’ont que peu d’intérêt pour les scientifiques, mais ce sont elles qui causent le plus de dégâts.

I.C. Comportement des ondes sismiques à une interface entre deux milieux

La vitesse de propagation des ondes sismiques dépend du milieu. Plus le milieu est dense, plus elles sont rapides. Comme toutes les ondes, les ondes sismiques subissent des phénomènes de réflexion et de réfraction au niveau des interfaces séparant deux milieux où leur vitesse de propagation est différente. On appelle ces interfaces des discontinuités. Les angles de réflexion et de réfraction des rais sismiques suivent la loi de Snell-Descartes :  sin(i1)/v1 =  sin(i2)/v2 avec i les angles et v les vitesses. Par ailleurs, au niveau d’une discontinuité sismique, une partie des ondes P peut être convertie en ondes S et inversement.

Transition : En quoi l'étude de la propagation des ondes sismiques a-t-elle permis d'élucider la structure interne de la Terre ?