Les ondes mécaniques progressives sont omniprésentes autour de nous : les ondes sismiques dans la terre, la houle à la surface de l’eau ou les ondes sonores dans l’air.
I. Définition d’une onde mécanique progressive
Mot clé
Un milieu matériel est constitué de matière. L’air, l’eau et la terre sont des milieux matériels tandis que le vide n’en est pas un.
Une onde mécanique progressive correspond à la propagation d’une perturbation de proche en proche dans un milieu matériel.
Lors de la propagation d’une onde, il n’y a pas de transport de matière mais transport d’énergie.
II. Différents types d’ondes mécaniques progressives
Dans le cas d’une onde le long d’une corde (ou d’un ressort), la déformation se propage de proche en proche le long de la corde (ou du ressort). Il s’agit d’une onde à une dimension.
Dans le cas des ondes à la surface de l’eau, il se crée une succession de vagues régulières sous l’effet du vent : la houle. Formée au large, la houle peut se propager sur de longues distances. Il s’agit d’ondes à deux dimensions.
Un séisme se manifeste par une série de vibrations du sol brutales et de courte durée. En profondeur, les roches, coulissent les unes sur les autres et génèrent des ondes sismiques qui se propagent dans toutes les directions. Ce sont des ondes à trois dimensions.
Les ondes sonores sont des vibrations périodiques de l’air détectable par l’oreille humaine. Leur fréquence est comprise entre 20 Hz et 20 000 Hz. Elles se propagent dans toutes les directions : ce sont des ondes à trois dimensions.
Méthode
Expliquer le principe d’une onde sismique
Parmi les ondes sismiques on distingue les ondes de type P et de type S : les ondes P sont les plus rapides et se propagent dans les solides et les liquides tandis que les ondes S sont les moins rapides et ne se propagent que dans les solides.
Les courbes des vitesses de propagation de ces deux types d’onde en fonction de la distance à l’épicentre sont fournies sur le graphique suivant.
a. Attribuer à chacune des courbes le type d’ondes sismiques adéquat en justifiant.
b. Quelle est la distance à l’épicentre D si les ondes P mettent un temps de propagation t égal à 6,0 minutes ?
c. Pour un épicentre situé à 2 000 km, quelle est la durée séparant les ondes P des ondes S ?
Conseils
a. Plus la vitesse est grande et plus la durée mise pour parcourir une distance donnée est petite.
Solution
a. Pour une distance à l’épicentre donnée, les ondes les plus rapides auront un temps de propagation inférieur à celles qui sont moins rapides. La courbe bleue correspond donc aux ondes P et la rouge aux ondes S.
b. On repère sur l’axe des ordonnées la valeur t égal à 6,0 minutes, puis on lit l’abscisse du point de la courbe bleue correspondant : cela correspond à un épicentre situé à 3 000 km.
c. Pour un épicentre situé à 2 000 km, on repère sur les courbes bleue et rouge les temps de propagation : 4,5 min et 7,5 min.
On calcule la durée en les soustrayant : Δt = 7,5 – 4,5 = 3,0 min.