Fonctionnement des sismomètres
 |  |
Un sismomètre est un appareil capable de détecter de très petits mouvements du sol et de les enregistrer, analogiquement ou numériquement, en suivant une base de temps très précise. Il fonctionne sur le même principe qu'un oscillateur à masse d'inertie amorti. L’enregistrement du mouvement de la masse en fonction du temps correspond au sismogramme. Il est indispensable d’étudier les mouvements du sol en fonction du temps si l’on veut localiser l’origine d’un séisme. Le sismomètre est en général composé d’un capteur, d’un amplificateur, d’un transducteur et d’un enregistreur. Le mouvement du sol zsol est lié au mouvement de la masse z par l’équation suivante, caractéristique des oscillateurs amortis :
α est la constante d’amortissement du système, ω0 est la pulsation propre de l’oscillateur et M est l’amplification.
| Un sismomètre est le plus souvent protégé par un bâti lié au sol, dans lequel la masse du capteur peut osciller en cas de sollicitation sismique. L’appareil doit être autant que possible isolé de l’extérieur, afin que les variations de température ou de pression n’affectent pas la stabilité du système. Lorsque le sol bouge, le bâti qui est solidaire au sol bouge aussi, ce qui provoque un mouvement relatif entre la masse et le bâti qui porte également le système d’enregistrement. Ce mouvement relatif est amplifié par un système mécanique, mécanique-optique ou électronique, puis enregistré. Un sismomètre moderne comporte, en plus, un système d’amortissement, nécessaire pour obtenir une bonne restitution du mouvement du sol. En effet, sans amortissement, la masse doit en théorie osciller à l’infini. Dans la pratique, ce n’est pas le cas mais la masse peut continuer à osciller même si le champ excitateur (les vibrations dues aux séismes) a disparu. L’amortissement du système permet de remédier à cela. Par ailleurs, les ondes sismiques qui génèrent les oscillations du sol peuvent avoir des polarisations, c'est-à-dire des directions de vibrations diverses que l’on peut décomposer suivant les trois dimensions sui définissent notre environnement : on considère donc en général une verticale et deux horizontales nord-sud et est-ouest. Selon l’orientation des oscillations de la masse, certains sismomètres sont alors sensibles aux mouvements « horizontaux » et d'autres aux mouvements « verticaux ». Pour mesurer complètement les mouvements du sol, une station sismologique doit alors contenir trois composantes : un sismomètre vertical et deux horizontaux, afin d’obtenir une bonne restitution des vibrations du sol en trois dimensions. Il existe en réalité également des sismomètres capables d’enregistrer plusieurs composantes à la fois (trois composantes orthogonales). |  |
Enfin, selon le type de sismomètre utilisé, les vibrations du sol ne sont pas toujours enregistrées de la même manière. On peut enregistrer le déplacement, la vitesse de déplacement ou l'accélération. Un sismomètre mécanique sera sensible au déplacement, tandis qu’un sismomètre électromagnétique mesurera plutôt une vitesse, comme le définissent les lois régissant l'électromagnétisme. Il existe également des sismomètres asservis : une force électromagnétique permet de remettre la masse à sa position d'équilibre lorsqu’elle se déplace. La mesure de cette force F, permet d'obtenir l’accélération de la masse par la loi de Newton :
Les sismomètres sont classés en fonction du contenu fréquentiel auquel ils peuvent être sensibles. En effet, tout oscillateur a une bande passante limitée, liée à sa pulsation propre : il ne peut donc pas réagir à toutes les fréquences que peut contenir un signal. C’est pourquoi on trouve des sismomètres dits « courtes périodes » (de 0,1 à 2s), qui sont les plus couramment utilisés ou « moyennes et longues périodes » (de 2s à plusieurs minutes). Aussi, un signal sismique peut comporter des périodes allant de quelques centièmes de seconde à plusieurs minutes. Dans les années 1960, chaque station du réseau américain WWSSN était équipée de six appareils, trois « courtes périodes » et trois « longues périodes », afin de couvrir une plus grande gamme de fréquences. Depuis, les progrès de l’électronique et l’asservissement de la masse ont donné naissance à de nouveaux sismomètres dits « large bande », qui permettent une étude sur une grande gamme de fréquences (de quelques centièmes de seconde à quelques minutes). Le réseau français GEOSCOPE utilise de tels appareils : les Wielandt-Streckeisen STS-1 et STS-2.