Brevet FR2377644A1 — publié le 19780811

Il est connu que certains animaux, notamment les mammifères domestiques (chiens, chats ...) ou sauvages (hyènes, panthères...) perçoivent le danger de tremblement de terre plusieurs heure avant que les sismographes commencent à enregistrer les premières secousses caractéristiques. On ne peut pas croire que des ondes émises en même temps que les ondes classiques mais à propagation plus rapide soient la cause de cette détection précoce car l'avance prise de ce fait ne dépasserait pas une dizaine de minutes. Il faut dono admettre que le signal perçu par les animaux provient d'un phénomène prélimi- naire, distinct de la secousse tellurique proprement dite. Nais il reste à expliquer pourquoi ce signal échappe aux sismographes. ULe observation fortuite dans les environs de Paris a montré que, bien avant un léger tremblement de terre, une horloge, équipée d'un pendule de torsion, s'est arrêtée sans motif apparent. Relancée aussit8t, elle a fonctionné parfaitement depuis lors et, en particulier, elle ne s'est pas arrêtée au moment où les sismographes ont réagi, plus de deux heures après elle. 11 ensemble de ces faits indique clairement qu'il existe des ondes telluriques, inconnues de. spécialistes de la sismologie ces ondes n'excitent pas leurs sismographes, équipés de pendules ordinaires. Or il est possible d'inventorier tous les types d'on- des pouvant se propager dans un milieu dont les propriétés élas- tiques sont définies. Nous allons tout d'abord procéder à cette opération préliminaire. Pour ce faire, nous remarquerons en premier lieu qu'une rd- flexion d'espace peut toujours transformer une onde progressive en onde stationnaire. D'onde stationnaire constitue un champ pul- satoire auquel correspond un champ moyen de même valeur efficace. Par conséquent, à toute espèce d'onde correspond une espèce de champ. Dans un ouvrage récent (Théorie Générale de l'Univers Physique - Blanchard - PARIS 1972) la théorie des champs a été faite de manière exhaustive. il suffirait donc de calquer dessus la théorie des ondes. Toutefois, il est plus probant de procéder directement et de constater a posteriori que les deux théories coincident. Considérons un repère spatial constitué d'un trièdre trirectangle Oxyz. Supposons que Ox soit la direction de propa- gation d'une onde et appelons 1, Y, Z les composantes du mouve- ment ondulatoire selon n', yy' et zz', respectivement.En composant les mouvements des différentes manières possibles, on peut former le tableau suivant : TABLEAU A 2 onde longitudinale de pression Ex. : son onde transversale à Z# polarisation rectiligne Ex. : lumière cohérente Y + Z onde transversale à polarisation circulaire Ex. : lumière cohérente (Y et Z en quadrature) X + Y onde longitudinale à # polarisation circulaire Ex. : houle (sans entraî X + Z nement) L'onde du premier type est une onde de pression (pseudoscalaire) ; elle est impolarisable.Les ondes des trois autres types sont des ondes de cisaillement simple pour le deuxième cas et de cisaillement de torsion pour les deux derniers. Ces trois ondes présentent un évident caractère vectoriel. On peut considérer les choses d'une manière un peu différente. Dans un milieu isotrope, toute onde vérifie l'équation de propagation (selon Ox) : = (1) avec A - longueur d'onde T = période x = distance du front d'onde au centre d'ébranlement t = tempe La célérité s'écrit : c = # car cT = # par définition de T L'équation (1) peut donc s'écrire : x = ot (2) On peut représenter une onde par un quaternion en posant que ct est le scalaire du dit quaternion tandis que le vecteur du quaternion représente l'élongation du milieu.Cette élongation peut être de deux types : translation ou rotation, et elle peut se faire, soit dans un plan normal à Os, soit dans un plan contenant Ox, ce qui donne quatre combinaisons. Il est clair que toute onde plus complexe est décomposable en composantes identifiables à tout ou partie de ces combinaisons. Voici des exemples s TABLEAU B propsFatioL > longitudtnale motrpemsnt, 7 propag8. Itrmi8re 8 trnnslation son polarisation rectiligro lumière b rotation houle polarisation circulaire Le vecteur du quaternion est une fonction périodique du temps, de période T, bien entendu. Ce tableau confirme le précédent. Pour chaque case, on a, évidemment, des équations différentes, à savoir : son s x = ct + Â sin #t y = o z = o lumière "rectiligne" : x = ct y = A sin ( t z = o lumière "circulaire" : x = ct y = A sin #t s = A cos > t "houle" : x = ct + A sin #t y = o z = A cos #t Maintenant nous pouvons former un tableau incluant les champs en regard des ondes (voir tableau C page 7). Dans ce tableau, on a ajouté les différentes sortes de symétries et d1 accélérations. On voit que la correspondance s'étend sans difficultés à ces notions. Les accolades unissent ce qui permute dans la transformation dualistique. Pour les symétries des champs (ou symétries externes) il n'existe qu'une permutation, les symétries sphérique et torique étant invariantes ; pour les symétries des grandeurs elles-mêmes (symétries internes) il existe deux permutations. Dans la dernière ligne, la correspondance n'est pas immédiatement intuitive.Il faut imaginer une houle dont les cretes feraient le tour du globe pour se rendre compte que le mouvement serait torique (une surface libre indé- finie est évidemment impossible) De plus, le champ nucléaire faible ne conserve pes la parité, or toutes les ondes la conservent. Voici la solution de cette difficulté : le champ nucléaire faible n'existe que dans l'éther et, dans ce fluide parfait et continua, une houle est impossible. En effet, ou bien la houle transporte du fluide (stokes) ce qui est exclu dans un continuum parfait, ou bien elle est rotationnelle (Gerstner). Or tout mouvement de 11 éther est irrotationnel (fluide barotrope parfait homentropique). Par contre le son existe dans l'éther (qui est élastique). Ce sont les ondes de de Broglie. Il en est de mOme de la lumière (ondes électromagnétiques de Maxwell). Ces dernières ondes (transversales) sont possibles parce que l'éther (non moléculaire) est tendu. Elles ne le sont pas, en principe, dans un fluide illimité dont le module de cisaillement est nul. Toutefois, la houle marine existe grâce à la présence d'une surface libre dont la déformation donne prise à la pesanteur qui constitue une force de rappel extérieure. Enfin, dans les corps solides, le sol en particulier, tous les types d'ondes sont possibles.Pourtant le type "houle" passe généralement pour inexis- tant vu l'absence de surface libre mais ceci est une illusion comme on le voit sans peine en remarquant que des pendules sympa- thiques ne se coupleraient pas si une telle onde ne se propageait pas dans leur support commun. Or ce type d'onde est précisément celui cherché car il est facile de voir que lui seul, agissant directement sur un pendule de torsion, peut l'arrenter sans ddgsst. Quand on secoue latéralement un tel pendule (ondes transversales ou longitudinales arr8tant les horloges ordinaires), il pré ce sionne mais ne s'arrête pas (sauf avarie bien entendu). Compte tenu de ce qui précède, l'invention a pour objet un sismographe constitué par un pendule de torsion et par des moyens agencés pour enregistrer les perturbations subies par ce pendule. Un tel sismographe permettra, pour les raisons indiquées plus haut, de prévoir des tremblements de terre quelques heures à l'avance, d'où la possibilité de préserver des vies humaines et animales en évacuant à temps les zones dangereuses. Dans une réalisation avantageuse, c'est le pendule de torsion d'une horloge perpétuelle qui est utilisé et les perturbations du pendule peuvent être enregistrées par des moyens photoélectriques. Les moyens photoélectriques peuvent être constitués par un émetteur de lumière dont le faisceau frappe une bande réfléchissante prévue sur la périphérie de la masse mobile du pendule et qui, après réflexion, vient frapper une cellule photoélectrioue dont le courant de sortie est enregistré. Il est avantageux alors de comparer ce courant de sortie à un courant continu et de gérer un courant différentiel donnant une image des perturbations subies. A titre nullement limitatif, on a représenté au dessin annexé un exemple de réalisation de sismographe selon l'invention, dessin sur lequel t - la figure unique est une vue schématique de l'ensemble de l'appareillage. Sur ce dessin, on voit que cet appareillage comporte une horloge perpétuelle 1 (analogue à 1' horloge de marque commerciale "Atmos") équipée d'un pendule de torsion muni dune masse mobile 2 et battant la minute. La surface latérale de cette masse 2 est argentée partiellement en 3 sur une hauteur progressivement croissante. Un émetteur 4 de lumière blanche collimatée est monté de façon à envoyer sur la partie argentée 3 de la masse 2 un faisceau de lumière délimité par le diaphragme 5 à fente verticale 6 de hauteur égale à celle de cette masse 2. Une cellule photoélectrique 7 est montée de façon à recevoir le faisceau de lumière venant de l'émetteur 4 et réfléchi sur la bande argentée 3. Un amplificateur 8 permet d'augmenter à volonté l'intensité débitée par la cellule 7.Un générateur 9 produit un courant continu, qui est mis en forme par un montage électronique 10, et qui est appliqué aux bornes il, lia d'un montage en pont 12. Le courant de la cellule, à la sortie de l'amplificateur 8, est appliqué aux bornes 13, 13a du pont 12. Ce pont comporte un réglage de phase et oppose les courants délivrés par les éléments 8 et 10. Un galva nomètre 14, à déviation proportionnelle, relié aux bornes 15, 15a du pont 12, reçoit le courant résultant issu de ce pont. Un enregistreur 16 enregistre la base de temps 17 de l'horloge 1 et ltin- dication du galvanomètre 14. On voit qu'en l'absence de toute perturbation, l'amplificateur 8 délivre un courant variable périodique dont la période est égale à celle du pendule 2. il suffit que le courant issu du gén6- rateur 9 soit mis en forme dans le montage 10, de manière à être identique à ce courant périodique et en phase avec lui pour que le signal de sortie du pont 12, donc le signal d'entrée du galva nomètre 14, soit nul. Si maintenant, le pendule 2 subit une perturbation, il prend de l'avance ou du retard, ce qui modifie le courant de la cellule photoélectrique 7 et produit un courant différentiel à la sortie du pont 12, courant qui, enregistré par le galvanomètre 14, donne une image de la perturbation, L'analyse de cette image permet de connnttre la nature de la perturbation. TABLEAU C Symétrie Ondes Composantes Accélération Champs (exemple) invariante sphérique son X gravitationnelle gravitationnel (pression) symétrie # interne plane lumière Y ou Z linéaire électromagnétique (polarisation symétrie # rectiligne) externe cylindrique lumière Y + Z cylindrique nucléaire fort (polarisation symétrie circulaire) # interne X + Y invariante torique houle complémentaire nucléaire faible (gravité) ou (Coriolis) X + Z REVENDICATIONS i,- Sismographe caractérisé par le fait qu'il est constitué par un pendule de torsion et par des moyens agencés pour enre bistrer les perturbations subies par ce pendule. 2.- Sismographe selon la revendication I, dans lequel le pendule est celui d'une horloge perpétuelle. 3.- Sismographe selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les perturbations du pendule sont enregistrées par des moyens photoélectriques. 4.- Sismographe selon la revendication 3, dans lequel les moyens photoélectriques sont constitués par un émetteur de lu, inière dont le faisceau frappe une bande réfléchissante prévue sur la périphérie de la masse mobile du pendule et qui, après réflexion, vient frapper une cellule photoélectrique dont le courant de sortie est enregistré. 5.- Sismographe selon la revendication 4, dans lequel le courant de sortie de la cellule est comparé à un courant continu et c'est le courant différentiel généré par comparaison qui donne une image des perturbations du pendule.