Comment mesurer la vitesse des ondes sismiques ?(en moins d'une minute et pour moins de 35 €* !)

capteur 2 capteur 1

d

milieu de propagationdes ondes mécaniques

source d'ondes mécaniques

Ordinateur + logiciel d'acquisition

t capteur 1

capteur 2

1. Principe de la mesure :Le schéma ci-dessous présente succinctement le dispositif utilisé. Connaissant la distance (d) entre les deux capteurs et le délai (t) mesuré en comparant les deux enregistrements, on calcule la vitesse (v = d/t) de propagation des ondes mécaniques.Il est possible de comparer les vitesses obtenues en changeant la composition ou la température du milieu de propagation.

Comment mesurer la vitesse des ondes sismiques v2.odg 1/5

2. Matériel utilisé :

(1) Carte son externe 5.1 USB Hercules Game Surrond Muse XL Pocket LT3 (31€ sur amazon.fr). Utiliser l'entrée Line in ou l'entrée Mic in (ces 2 entrées, contrairement à l'entée micro de l'ordinateur, permettent d'enregistrer en stéréo).(2) Deux éléments piézo EPZ-35MS29 (0,90€/pièce sur conrad.fr) à souder à un cordon Jack 3,5 mm stéréo droit (1,30€ sur conrad.fr).

Votre ordinateur possède une entrée line in.

Votre ordinateur ne possède pas d'entrée line in.

Audacity : éditeur audio numérique libre et gratuit

3,10 €

34,10 €

Audacity : éditeur audio numérique libre et gratuit

(1)

(2)

(2)

Bon là les prix c'est sans compter

l'ordinateur !

* prix décembre 2011

3. Les transducteurs céramiques piézoélectriques :

courant électrique

BUZZ

Buzzer : Utilise l'effet inverse du transducteur

courant électrique

CRACC

Sismomètre : Utilise l'effet direct du transducteur

Les transducteurs céramiques piézoélectriques servent habituellement de buzzer. Soumis à un effort mécanique, ils donnent naissance à un potentiel électrique (effet direct). Soumis à un potentiel électrique, ils donnent naissance à un effort mécanique (effet inverse).

Grandeur nature

Séparer les deux câbles (gaine noire) du cordon Jack. Souder la tresse sur le disque de laiton et le fil (gaine rouge ou blanche) sur la partie céramique (voir le schéma ci-contre)

Dernière m.a.j.14/10/12

4. Utiliser Audacity :Quelques fonctions indispensables...

: enregistrer,  : arrêter l'enregistrement,  : réglage du volume du signal entrant (à tester pour éviter la saturation),  : couper la partie sélectionnée de l'enregistrement,  : zoom + et -,  : zoom sur la partie sélectionnée

Réglage des Préférences :Choisir le périphérique d'enregistrement (ici c'est l'entrée micro qui est utilisée) et les canaux (2 stéréo)

Le bon réglage de ces deux paramètres est

in-dis-pen-sable !

Pour le périphérique d'enregistrement, les choix proposés peuvent varier d'un ordinateur à l'autre.

Avant l'enregistrement, tapoter sur les deux capteurs, l'un après l'autre, pour (1) s'assurer que l'enregistrement se fait bien en stéréo et (2) repérer le capteur qui correspond au tracé du haut (gauche) et celui qui correspond au tracé du bas (droite). Normalement, le fil blanc du cordon Jack correspond au tracé du haut et le fil rouge au tracé du bas.

Exemple d'enregistrement : les deux capteurs étaient posés sur une planche de chêne à environ un mètre de distance. Pour s'assurer un bon contact avec le support, les capteurs étaient fixés avec deux morceaux de pâte adhésive repositionnable (patafix).

Agrandir la fenêtre de la piste audio afin d'occuper au maximum l'écran.

Comment mesurer la vitesse des ondes sismiques v2.odg 2/5

N'oubliez pas d'enregistrer (Fichier, Enregistrer votre projet).

Ça serait trop bête de tout perdre !

Comment mesurer la vitesse des ondes sismiques v2.odg 3/5

Sélectionner la zone intéressante puis

"ajuster la sélection à la fenêtre"

La différence d'amplitude est bien visible mais le décalage entre les deux tracés n'est pas mesurable à cette échelle : il faut zoomer !

Comment mesurer la vitesse des ondes sismiques v2.odg 4/5

Le début du signal est difficile à déterminer : il faut "étirer" le signal en zoomant sur l'axe des ordonnées (clic gauche = zoom +, clic droit = zoom -) ?

?

La durée de l'intervalle sélectionné s'affiche en bas de l'écran. Ici : t = 0,000832 s (pour d = 1m)On peut calculer la vitesse de propagation des ondes mécaniques dans le bois : v = 1.10 -3/0,8.10-3 = 1,25 km.s-1

Pour insérer les tracés obtenus dans un document, il faut faire des copies d'écran.

Mise à jour :Les dernières versions d'Audacity ne permettent pas d'afficher les durée avec une aussi grande précision (limité aux ms). Il faut alors choisir d'afficher les durées en « échantillon ». Ce nombre d'échantillons sera à diviser par la fréquence d'échantillonnage (44 100 Hz par défaut)

Exemple :25 / 44,1 = 0,567 ms

Comment mesurer la vitesse des ondes sismiques v2.odg 5/5

5. Fixation des capteurs :On peut poser les capteurs directement sur le support et le fixer avec deux boulettes de patafix (capteur 2). Mais il semble préférable de fixer les capteurs en les posant sur une boulette de patafix (capteur 1). Les ondes mécaniques sont transmises aux capteurs de façon plus efficace et sont peut-être amplifiées (?).Attention de ne pas plier et casser le capteur en le décollant de la patafix !

Capteur 1 Capteur 2Capteur 1

Capteur 2

Pour cet enregistrement, les deux capteurs étaient placés à égale distance de la source d'ondes mécaniques.

Si vous avez des idées, si vous repérez des erreurs, petites ou grosses, n'hésitez pas à m'en faire part :

lemetayeralain@gmail.com

Impressionnant la différence !