Correction

Eléments de correction pour l'étape 1 :

1. Le séisme qui s'est produit le 11 mars 2011 au Japon est un séisme de
subduction qui correspond à l'enfoncement de la lithosphère océanique
dans l'asthénosphère. Ici, la plaque pacifique, qui se déplace vers le
nord-ouest, plonge sous la micro plaque Okhotsk, qui se déplace vers le
sud-est (rappel du cours de SVT de première S).

2. L'heure UTC (Universal Time Coordinated), en français Temps Universel
Coordonné, est l'heure de référence internationale. Elle correspond
aussi à l'heure du méridien de Greenwich (heure GMT). Lorsque le séisme
s'est produit, il était 05h46 UTC (doc. 1) soit 06h46 à Paris (GMT +1).

3. Les ondes sismiques se propagent, dans toutes les directions, dans les
matériaux constitutifs du globe. Chaque « particule minérale » atteinte
par la perturbation subit un déplacement, le communique à d'autres
particules avant de revenir à sa position initiale. Les ondes sismiques
sont donc des perturbations qui se propagent dans un milieu matériel
sans transport de matière, c'est-à-dire des ondes mécaniques.

4. Il nécessaire d'enregistrer les mouvements des sismomètres dans trois
directions orthogonales car il s'agit d'ondes de volume qui se propagent
dans les 3 dimensions de l'espace.

5. Le document 5 représente l'évolution temporelle des ondes enregistrées
par 3 sismomètres dans 3 directions orthogonales à Canberra en Australie
(en abscisse : temps écoulé depuis le séisme en s ; en ordonnée :
amplitude). L'arrivée des premières ondes S et P est repérée par des
traits verticaux (après environ 10 minutes pour les ondes P, et après
environ 20 minutes pour les S).

Pour information, on enregistre ensuite des ondes de plus forte
amplitude : il s'agit des ondes de surface mais également des ondes de
volume générées par les réflexions et réfractions des ondes P et S aux
discontinuités ainsi que les ondes de volume libérées par les répliques
du séisme qui peuvent se superposer entre elles augmentant encore
l'amplitude des ondes sismiques enregistrées.

6. Les ondes P sont plus rapides que les ondes S d'après les
enregistrements.

7. Les ondes S sont arrêtées par le noyau externe de la Terre parce qu'il
est liquide.

8. L'onde P a les caractéristiques d'une onde sonore parce que, comme le
son, elle se propage par une série de compressions et de dilatations du
milieu de propagation.

9. Les ondes P atteindront le bâtiment en premier. Comme elles compriment
et étirent alternativement les roches, elles provoqueront des secousses
du bâtiment dans une direction parallèle à la direction de propagation
de l'onde : le bâtiment sera secoué verticalement. Ensuite, au passage
de l'onde S, les mouvements du sol s'effectueront perpendiculairement au
sens de propagation de cette onde : il sera secoué horizontalement.
Enfin, arriveront les ondes L et R. Les ondes L feront bouger
latéralement le bâtiment dans le plan du sol. Les ondes R le soulèveront
à la manière d'une vague, avec une grande amplitude et une grande
période.



Eléments de correction pour l'étape 2 :


Comment s'est formé le tsunami ?

Le séisme qui s'est produit au large de Sendai est un séisme superficiel
qui affecte la croûte. En effet, d'après les documents 2 et 3, on voit que
le séisme est superficiel : il ne s'est pas produit dans la lithosphère
entrée en subduction mais dans la lithosphère continentale à une faible
profondeur (30 km d'après le doc. 3).
D'après le document 7, l'énergie libérée par ce type de séisme entraîne une
brutale modification de la topographie du fond océanique ce qui génère la
mise en mouvement d'un grand volume d'eau et donc la formation d'un
tsunami.


Comment s'est propagé le tsunami ?

La première vague est arrivée environ 10 minutes après les premières
secousses soit vers 14 h 56 (heure locale) alors que la marée commençait
tout juste à monter. Bien que le tsunami soit qualifié de « raz de marée »,
il n'y a pas de lien avec la marée : d'après le géologue (doc. 7), un
tsunami se propage à la manière de la houle.
On va ainsi modéliser le tsunami comme la houle, par une onde plane
progressive sinusoïdale de longueur d'onde égale à 200 km environ et de
faible amplitude (doc.9). La profondeur de l'océan étant inférieure à un
dixième de la longueur d'onde du tsunami (elle ne dépasse pas 10 km), on
peut considérer que le tsunami se propage en eau peu profonde. Sa célérité
ne dépend donc que de la profondeur de l'eau.

Comment la vague a-t-elle pu atteindre une telle hauteur à l'approche des
côtes ?

Près de l'épicentre la profondeur est de 1200 m environ (doc 3). La
célérité du tsunami près de l'épicentre est donc : [pic]soit 400 km.h-1
environ.

A l'approche des côtes, comme la profondeur de l'eau diminue, alors la
célérité de l'onde diminue pour atteindre 36 km.h-1 (si on considère une
profondeur de 10 m). Il y a conservation de l'énergie mécanique et de la
période. La célérité diminuant fortement à l'approche des côtes et comme ?
= v x T : la longueur d'onde diminue ?. A l'approche des côtes, les vagues
vont donc se resserrer. L'eau s'accumulant sur une faible profondeur,
l'amplitude de la vague va donc augmenter.



Eléments de correction pour l'étape 3 :

La profondeur de l'océan pacifique nord est d'environ 5000 m (doc. 3) ce
qui donne une célérité moyenne de :

[pic] soit 790 km.h-1.

La distance entre l'épicentre et Tahiti étant de 9 500 km et en considérant
que la célérité moyenne du tsunami est de 790 km.h-1, on peut calculer
qu'il mettra environ 12 h à parvenir sur les côtes de Tahiti.

Le séisme s'est produit le vendredi 11 mars à 5h46 UTC soit, en tenant
compte des fuseaux horaires, le jeudi 10 mars à 19h46, heure de Tahiti. Le
tsunami devrait donc arriver sur les côtes de Tahiti vers 7h46 le vendredi
11 mars (heure de Tahiti).

A Papeete, le tsunami est arrivé le 11 mars à 8h15 heure locale soit
environ 12,5 heures après avoir quitté le Japon : compte tenu des
incertitudes et des approximations (la distance Tahiti-épicentre est
approximative, l'océan n'est pas parfaitement plat, nous n'avons pas tenu
compte des obstacles sur le passage du tsunami ...) on peut considérer que
notre modèle est correct puisqu'il nous a bien donné l'ordre de grandeur de
l'heure d'arrivée.



Corrigé de l'exercice « Pour aller plus loin » :

1. L'échelle de Richter est une échelle locale car elle est adaptée aux
séismes californiens.

2. On a défini une nouvelle échelle qui puisse être adaptée à tous les
séismes et qui est établie à partir d'un modèle physique de source
sismique. Ce n'est pas une échelle locale.

3. Le séisme du 9 mars était de magnitude 7.2 (Mw).
L'énergie Es rayonnée par les ondes sismiques est proportionnelle au
moment sismique M0.
On a [pic], donc [pic] [pic]

Le séisme du 11 mars a libéré 500 fois plus d'énergie que celui du 9
mars ![pic]