TPE de 1 ère S - 2007/2008

1. LE VERN Julien 1èreS3 BAIXAS Romain RENARD Dorian TPE de 1èreS - 2007/2008 Lors d’un séisme, qu’est-ce qu’une zone d’ombre, à quoi est elle due, comment l’expliquer ??

2. INTRODUCTION: • Sur notre planète, lorsqu’il se produit un séisme, le phénomène de zone d’ombre est observable. Dans un premier temps, nous essaierons de vous définir ce phénomène. Nous vous proposerons alors une expérience, durant laquelle nous allons essayer de mettre en évidence à quoi est dû ce phénomène, ce qui constituera la deuxième partie de notre TPE.

3. 1- Qu’est-ce qu’une zone d’ombre ? • A) Définition et Historique en rapport avec le phénomène de zone d’ombre. • B) Exemple de séisme pour lequel notre lycée, c’est-à-dire Luynes se trouvait dans la zone d’ombre. • C) Expériences permettant de mettre en évidence ce phénomène et de l’expliquer.

4. 1-A- Définition et Historique • Sur notre planète lorsqu’il se produit un séisme on peut observer une zone d’ombre, c’est-à-dire une zone située entre 105° et 142°, qui ne reçoit aucune onde directe de ce séisme. La découverte de ce phénomène n’est pas l’œuvre d’un seul scientifique mais de plusieurs. Richard Dixon Oldham fut le premier à expliquer ce phénomène (1906), par la présence d’un noyau liquide. Beno Gutenberg fut lui grâce à cette découverte, le premier à pouvoir délimiter le noyau terrestre. Richard Dixon Oldham Beno Gutenberg

5. 1-B- Exemple de séisme La terre étant sphérique, nous sommes partis du principe, que pour que Luynes soit dans la zone d’ombre d’un séisme, il faudrait que l’épicentre de ce séisme appartienne à la zone d’ombre d’un séisme s’ il se produisait à Luynes. Nous avons donc simulé un séisme à Luynes avec le logiciel educarte pour voir où se situerait sa zone d’ombre. Ensuite nous nous sommes rendu sur le site Earthquake pour trouver un séisme dont l’épicentre appartient à la zone d’ombre trouvée précédemment

6. Le 7 février 2008, un séisme a eu lieu dans la mer de Bali. Ce séisme a atteint une magnitude de 5.7 sur l’échelle de richter. • La station sismologique de Luynes se trouve entre 105° et 142° par rapport à Bali, ce qui signifie que Luynes se situait dans la zone d’ombre de ce séisme. • La station sismologique de Luynes (AIXF) n’a donc dû recevoir aucune onde directe de ce séisme , mais seulement des ondes réfractées.

7. 1-C- Expériences • EXPERIENCE 1: • Description: Nous disposons d’une grande boîte de pétri qui représente la terre, et d’une plus petite qui représente le noyau. Nous allons faire varier la composition du contenu de ces deux boîtes, et avec un laser lumineux nous allons voir ce qu’il se produit.

8. EXPERIENCE 2: • Description: Dans cette deuxième expérience, nous ne nous intéresserons plus a la composition des milieux 1 et 2 , mais à leur taille. En effet maintenant que l’on sait que pour reproduire ce phénomène, leur composition est AIR/EAU, nous devons connaître le rapport diamètre milieu 1/2 pour en déduire le rapport diamètre noyau/terre. Nous allons essayer de faire varier la taille du milieu 2 pour nous approcher au maximum d’une zone d’ombre comprise entre 105° et 142°. Pour cette expérience le diamètre du milieu 1 reste inchangé (10 cm)

9. Pour présenter ces deux expériences lors de notre TPE nous avons construit un dispositif: Nous avons pris un carrelage sur lequel nous avons collé un rapporteur, avec la boite de pétri qui représente le milieu 1. Nous pouvons donc changer le milieu 2 à notre guise. Avec de la pâte à fixe nous avons marqué les endroits où poser le laser.

10. Nous avions trouvé une troisième expérience avec une fiole jaugée remplie d’eau représentant le noyau, que l’on introduit dans un aquarium vide représentant le globe terrestre, sur lequel on projette de la lumière. Mais malheureusement nous n’avons pas pu tirer d’information de cette expérience

11. 2- A quoi est donc dû ce phénomène • Grâce à l’expérience 1 nous pouvons donc conclure que ce phénomène de zone d’ombre est dû au fait que le noyau terrestre soit liquide, et qu’il ait un indice de réfraction différent de celui du manteau terrestre. Les ondes sont donc réfractées en fonction de la loi de Descartes: N1sin(i1) = N2sin(i2)

12. Grâce a cette même expérience 1, nous pouvons en déduire que le noyau terrestre a une densité supérieure à celle du manteau terrestre. En effet, la densité de l’eau étant supérieure à celle de l’air. • Grâce à l’expérience 2, nous pouvons observer que pour que la zone d’ombre se situe au bon endroit il faut que le diamètre du milieu 2 soit compris entre 4.8 et 5.2 cm; le diamètre du milieu 1 étant de 10 cm. Cela signifie que le noyau terrestre représente prés de la moitié du globe terrestre.

13. CONCLUSION • Durant ce TPE nous avons défini le phénomène de zone d’ombre. Nous l’avons expliqué par certaines propriétés du globe terrestre que nous avons pu mettre en évidence, telle que la taille du noyau terrestre qui représente près de la moitié du globe terrestre. Nous avons pu redémontrer que le noyau terrestre était liquide, plus dense que le manteau terrestre, et qu’il réfractait les ondes d’après l’une des lois de Descartes.