Onde J : prenons-en de la graine

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3 pages Par Christophe Jacquemin 5-8-99


N'en déplaise à Paco Rabanne, la fin du monde n'aura pas lieu... du moins certainement pas à la date qu'il a annoncée. Dommage pour lui, et tant mieux pour nous : le monde est désespérement solide, tout comme peut l'être la graine située au centre de notre planète.
Graine solide ? La preuve n'en était  jusqu'à ce jour qu'indirecte puique dérivée de la connaissance des conditions de température et de pression au centre du globe.
Avec l'observation de l'onde J, la preuve directe, sismologique celle-là, vient d'être apportée par les chercheurs du Laboratoire de détection géophysique  (LDG) du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA).
En mettant au point le dispositif de détection "Progressive Multi-Channel Correlation "(PMCC), les géophysiciens du Laboratoire de détection géophysique de Bruyères-le-Châtel au CEA ne s'attendaient certainement pas à détecter un jour la fameuse onde J, ce Saint-Graal apportant la preuve directe de l'existence d'une graine solide au sein du globe.
L'objectif premier de PMCC était en effet plus terre à terre : conçu dans le cadre du contrôle du respect du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires (TICE), il sert à détecter de façon indiscutable les ondes sismiques caractéristiques d'un essai.. En effet, si tout essai nucléaire -et à fortiori un séisme- se traduit par l'émission d'ondes sismiques, encore faut-il être sûr de leur interprétation lorsqu'elles sont repérées sur le réseau de surveillance national. Disons schématiquement qu'il faut savoir distinguer une explosion dans une carrière en exploitation en France et un tir nucléaire effectué à des millions de kilomètres de notre pays. "La force de la méthode de traitement automatique des signaux sismiques PMCC réside dans le fait qu'elle permet de détecter les ondes sismiques de faible amplitude, caractéristiques d'un essai nucléaire, malgré l'écran formé par le bruit de fond permanent généré par les activités industrielles, la houle océanique ou le vent" explique Yves Cansi, chercheur du Laboratoire. "Lorsque j'ai présenté ce dispositif à Emile Okal (professeur à la Northwertern University (banlieue de Chicago) et correspondant du LDG depuis 20 ans), il a tout de suite réalisé qu'il y avait enfin peut-être là le moyen de repérer la fameuse onde J recherchée en vain par les géophysiciens depuis des décennies ".

Les ondes sismiques révèlent la structure interne de notre planète

Rappelons qu'à partir du foyer d'un séisme, les ondes engendrées se propagent à travers l'ensemble du globe. De l'analyse de leur engistrement sur les sismogrammes, on peut extraire de précieuses informations (notamment le trajet parcouru par les ondes, la nature des terrains traversés...). En d'autres termes, l'étude des sources sismiques et de la propagation (vitesse, amplitude et période) des ondes sismiques dans la Terre, qui, à chaque obstacle ou changement de milieu se réfléchissent, se réfractent ou se diffractent -voire même changent de nature-, renseignent sur la constitution de l'intérieur de notre planète.

On distingue principalement :
- les ondes de compression, qui se propagent aussi bien dans un solide que dans un liquide ;
- les ondes de cisaillement qui, elles, voyagent à l'intérieur d'un solide, mais pas d'un liquide.

Le tableau théorique ci-dessous donne, en fonction de la nature de l'onde, le nom qu'on lui donne selon le milieu traversé.

Nature de l'onde

Nomenclature adoptée

Manteau Noyau Graine
Onde de compression

P

K

I

Onde de cisaillement

S

J

Il montre bien que détecter une onde J sur un sismogramme revient à affirmer que la graine, située au centre du noyau, est solide


trajet de l'onde PKJKP "J'avais l'espoir que, grâce à la méthode PMCC, nous allions pouvoir détecter une PKJKP", c'est à dire une onde de compression qui part du manteau (P), se propage dans le noyau (K) mais cède la place dans la graine à l'onde de cisaillement qui lui est associée (J), pour redevenir une onde de compression lorsqu'elle repasse dans le noyau (K), puis le manteau (P)", explique Emile Okal.
D'autres choix, à priori pertinents -PKJKS, SKJKP ou SKJKS- ont été écartés car ces ondes ont des amplitudes plus faibles que PKJKP.

De l'espoir, né de l'esprit du sismologue en 1995, à sa concrétisation, il a fallu fournir tout un travail théorique pour définir les conditions les plus favorables à la découverte. Autrement dit, choisir parmi tous les séismes qui secouent la planète celui ou ceux susceptibles d'engendrer une onde PKJKP détectable en France, sur le réseau sismique du LDG. Pas si simple car ici la géométrie des plus complexes : le trajet d'une onde pénétrant à l'intérieur du globe est loin d'être rectiligne. Il est soumis à des coefficients qui modifient son parcours lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre, ces coefficients étant eux-mêmes conditionnés par la nature des ondes... Le problème est donc de déduire, à partir du lieu de la détection, l'origine géographique du séisme et d'estimer la magnitude des événements les plus propices à la découverte.


De nombreux candidats ont été testés, sans succès, jusqu'à trouver enfin la perle rare : un séisme en Indonésie, le 17 juin 1996, de magnitude supérieure à 6 et dont la source se situe à 584 kilomètres de profondeur :

sismogramme PKJKP

L'enregistrement montre que l'onde PKJKP est arrivé en France 1634 secondes après le début du séisme. La bande de fréquence se situe entre 0,1 et 0,5 Hertz. On détecte une signature tardive (pPKJKP), 148 secondes plus tard, qui correspondrait à une onde née au même moment que la première, mais qui est d'abord remontée vers la surface où elle a été réfléchie avant de traverser tout le globe.


"Si cette découverte confirme directement la solidité de la graine (ce que l'on savait déjà par d'autres moyens), elle  ouvre un nouvel accès pour l'étude de son anisotropie", explique Henri-Claude Nataf , chercheur spécialiste du noyau au laboratoire de géophysique interne et de tectonophysique du CNRS.
En effet,  la vitesse de propagation des ondes dans la graine varie en fonction de leur direction. D'ores et déjà, on sait que les ondes de compression y circulent plus vite lorsqu'elles se propagent selon un axe nord-sud que dans le plan de l'équateur. Les données recueillies sur la vitesse des ondes de cisaillement vont alimenter les recherches. A plus long terme, les données expérimentales recueillies sur la vitesse de propagation d'une onde J pourraient aider à déterminer la composition de la graine. Pour en arriver là, il faudra cependant attendre d'être capable de reproduire, en laboratoire, les conditions de température et de pression qui règnent au centre de la Terre.

Une vraie fournaise que nous sommes encore loin de pouvoir créer. Mais consolons-nous : elle est en tous cas moins importante que celle qui règne dans le cerveau de Paco Rabanne!


http://www.admiroutes.asso.fr/action/theme/science/graine.htm
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