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Le sismographe

dimanche 26 août 2012

Un sismographe a été installé dans les sous-sols de l’Observatoire de Lille lors de sa construction en 1933. Avec cet appareil, l’Observatoire de Lille a fait partie du réseau national de sismologie de 1934 à la fin des années 1950.


Un peu d’histoire :
Même si le géologue irlandais Robert Mallet (1810-1881) parvient à déterminer l’épicentre des séismes en étudiant les ondes sismiques de surface dès 1846, la sismologie moderne, en tant que science des tremblements de terre, ne prend vraiment son essor qu’à la fin du XIXe siècle.


John Milne (1850-1913), ingénieur et géologue britannique, professeur à l’Université de Tokyo, conçoit en 1883 le premier sismomètre (on parle alors de sismoscope ou de seismographe).


La première détection de signaux sismiques lointains est réalisée à Potsdam en Allemagne en 1889. On enregistre les effets d’un tremblement de terre ayant eu lieu au Japon.


La première station sismologique, digne de ce nom, n’est cependant créée qu’en 1892 à Strasbourg par le physicien allemand Ernest Von Rebeur-Paschwitz (1861-1895).
Au 6ème Congrès International de Géographie (Londres 1895), un professeur de l’Université de Strasbourg, George Gerland (1833-1919), montre la nécessité d’une coopération internationale en sismologie. Au 7ème Congrès (Berlin 1899), on crée la "Commission Sismologique Permanente".
A partir de 1900, Strasbourg devient la capitale incontournable de la sismologie. On y organise les premiers congrès spécifiques à cette discipline, on y fabrique les premiers sismographes, on les perfectionne, on les teste... En 1903, c’est à Strasbourg, qu’est décidée la création de "l’Association Internationale de Sismologie".


En France, il faut attendre la période 1905-1910 pour voir s’installer les premières stations modernes à Alger, Besançon, Marseille, au Puy de Dôme, à Paris (Parc St Maur) et à Strasbourg. Ceci sous l’impulsion d’Alfred Angot (1848-1924) alors directeur du Bureau Central de la Météorologie.


En 1918, la France poursuit les travaux engagés à Strasbourg et y crée le Bureau Central Sismologique Français en 1921. Le premier numéro des "Annales du Bureau Central Sismologique Français" est édité en 1923. Il regroupe les observations de l’année 1922 des stations citées plus haut. Il y est indiqué que d’autres stations sont "en voie d’organisation" à Bagnères de Bigorre, Grenoble et Lille. Les deux stations montagnardes sont opérationnelles en 1925.


Lille n’apparaît dans l’annuaire du BCSF qu’en 1933, mais la station ne produit aucune observation. On peut le comprendre puisqu’en 1933-1934 l’Observatoire de Lille est en construction. On trouve le premier relevé lillois dans l’annuaire de 1935. Il s’agit d’une secousse enregistrée le 19 avril dont l’épicentre est situé en Méditerranée au large des côtes tripolitaines.


Les stations de Marseille et de Besançon sont équipées du même sismographe que celle de Lille, un sismographe Mainka à deux composantes de 130kg. Alger, Grenoble et Bagnière de Bigorre possèdent aussi un sismographe Mainka à deux composantes, mais de 450kg. Le Parc St Maur et Strasbourg sont équipés de plusieurs appareils dont le Wiechert 1000kg.


Le sismographe Mainka de l’Observatoire, description :
Le sismographe de l’Observatoire de Lille est constitué de deux pendules oscillants horizontaux. Ils sont disposés perpendiculairement l’un par rapport à l’autre et orientés afin de mesurer les composantes Nord-Sud et Est-Ouest des mouvements horizontaux du sol.



Son principe de fonctionnement a été conçu par le sismologue allemand Karl Mainka (1873-1943). Le professeur Mainka inventa plusieurs modèles de pendules horizontaux avec des masses de 130, 450 et 2000kg (plus la masse est importante, plus l’amplification du signal est grande). C’est la société Bosch, installée à Strasbourg en 1888, qui fabrique une série de ces appareils en 1909-1910. Ils équiperont une bonne partie des stations du Bureau Central Sismologique Français.


Pour la station de Lille, chaque pendule est équipé d’une masse de 130kg. Avec une masse si importante, les frottements de la partie basse de l’axe de rotation sont loin d’être négligeables. La masse stationnaire de 130kg est suspendue par un fil d’acier à un bâti fixe en fonte. La partie basse de la masse est maintenue par une fine lame de ressort en acier parfois appelée paillette. Le dispositif est tel que la masse tire sur cette lame. L’axe de rotation du pendule passe donc par le centre de la lamelle et l’extrémité supérieure du fil d’acier.
Le bâti est un coin de parallélépipède de 1,60m de haut et d’environ 60cm de large. Il repose sur le sol par son sommet et deux vis calantes situées à l’extrémité de ses arêtes.
L’oscillation de la masse de 130kg est amortie. Ceci permet le retour rapide à l’équilibre afin d’être prêt à enregistrer d’autres secousses comme les répliques. Les pendules horizontaux Mainka sont équipés d’amortisseurs à air, constitués d’une boite métallique comportant un volet en aluminium.
Deux bras partent de la masse, l’un est relié à l’amortisseur alors que l’autre porte une aiguille. L’enregistrement est réalisé sur papier noirci à la suie. Ce papier est tendu par un système de deux rouleaux en aluminium. Le dispositif d’enregistrement est entraîné par un mécanisme à poids avec régulateur de vitesse. Le papier avance ainsi de 15mm par minute.
Le sismographe est relié à une horloge afin de "dater" le plus précisément possible les événements sismiques enregistrés. A Lille, c’est une pendule Brillé qui a été utilisée. Elle est actuellement installée dans le hall de l’observatoire.


Installation du sismographe à Lille en 1910 :
Henri Douxami, ancien "Normalien" a été professeur de géologie et de minéralogie à l’Université de Lille. Il fut aussi Président de la Société de Géologie du Nord et Sous-Directeur de l’Institut Industriel du Nord. Il devient le premier Directeur de la station de sismologie de Lille.


Dans les Annales de la Société Géologique du Nord (Tome XL – 1911), Henri Douxami (1871-1913) a publié un article sur l’installation du sismographe Mainka/Bosch à Lille : "Sur le Séismographe de la faculté des Sciences de Lille".
On y apprend que c’est grâce aux démarches de Charles Barrois (1851-1939) professeur de géologie à l’Université de Lille et membre de l’Académie des Sciences, qu’une subvention est accordée à l’Institut de Géologie de l’Université de Lille pour l’achat d’un sismographe. L’appareil en question porte le n° 83 et fait partie d’une série d’instruments commandés par la France à la Société Strasbourgeoise Bosch en 1909 et destinés à équiper les stations sismologiques de Paris, Besançon, Clermont-Ferrand, Marseille, Alger et Lille.



Le sismographe Mainka/Bosch n’est pas installé à l’Institut de Géologie mais dans une des caves de l’Institut de Physique, rue Gauthier de Châtillon à Lille. En 1910, Henri Douxami prend la direction de cette nouvelle station avec l’aide d’un maître de conférence en physique, M. Paillot. Afin de "dater" précisément les événements sismiques, un système de télégraphie sans fil est également installé à l’Institut de Physique. Il permet de recevoir les signaux horaires de la Tour Eiffel chaque jour à 11h.


Description de l’appareil à l’Institut de Physique :
Le bâti du sismographe est fixé sur un sol constitué par 2 à 3 mètres de limon jaune reposant sur de la craie blanche. Henri Douxami indique aussi que le sismographe enregistre les mouvements du sol avec une amplification de 75 à 80 fois.



L’enregistrement est réalisé sur des bandes de papier noirci à la suie de 90cm de long. Un mouvement d’horlogerie actionné par poids entraîne, par friction, des rouleaux d’aluminium sur lesquels sont installées les bandes (voir ci-dessous). La vitesse de défilement des bandes est de 15mm par minute, soit une longueur de bande par heure. Un léger désaxement du rouleau inférieur fait régulièrement glisser la bande de papier. Ainsi le papier défile sous la pointe traçante afin de dessiner une courbe hélicoïdale sur la bande de papier. On peut ainsi enregistrer 30 à 40 révolutions sur une seule bande de papier, soit une autonomie de plus de 24h.
Le poids du mouvement d’horlogerie est remonté une fois par jour et on profite de ce remontage pour changer les deux bandes de papier. L’horloge associée au sismographe déclenche, toutes les minutes, une impulsion électrique qui relève, pendant une à deux secondes, la pointe traçante. L’enregistrement discontinu permet de "dater" les événements sismiques qui seront enregistrés directement sur le papier. A l’Institut de Physique, on utilise un chronomètre de marine et les signaux horaires de la Tour Eiffel pour corriger la marche de cette horloge.



Les premiers enregistrements :
C’est toujours dans les Annales de la Société Géologique du Nord (SGN) de 1911 que l’on trouve les premiers comptes rendus d’observation de la station lilloise rédigés par Henri Douxami.
Le premier enregistrement officiel survient le 2 janvier 1911. Ce jour là, le 3 janvier à 04h40 heure locale, un tremblement de Terre a lieu dans le Turkestan à l’Est de Tachkent (actuelle capitale de l’Ouzbékistan) et au Sud de Vierny . On y déplore 390 victimes.
Les premières secousses (ondes longitudinales) sont enregistrées à Lille à partir de 23h49min02s et pendant 07min. Les secondes secousses (ondes transversales) débutent à 23h56min20s et durent 07min10s. Les grandes ondes sismiques correspondant au choc principal durent 15min02s. L’ensemble de l’enregistrement lillois dure 01h28min01s. Henri Douxami écrit : "Malgré l’amplitude des grandes ondes, étant donnée la valeur de l’enregistrement donné par l’appareil, le déplacement réel du sol n’a pas dû atteindre un millimètre." Le calcul de la distance Lille - épicentre donne 5978km (la distance Lille - Vierny étant d’un peu plus de 6000km).
Deux autres tremblements de Terre sont enregistrés dans la soirée du 18 février 1911. L’un à 19h10, l’autre à 22h28. C’est le 7 juin que survient le 4ème enregistrement, débutant à 11h02 et d’une durée de plus de 2h. Il s’agit d’un tremblement de Terre survenu dans la région de Mexico. Un autre tremblement de Terre est enregistré le 16 juin à 12h38. Pour 1911, un dernier enregistrement survient le 16 novembre à 21h26. M. Douxami conclut son compte rendu d’observation ainsi : "Nous ne sommes pas assez sûrs de la valeur des constantes de notre appareil, qu’il faudrait déterminer plus fréquemment que nous ne pouvons le faire actuellement, pour pouvoir indiquer d’une façon précise la région épicentrale de ce séisme qui doit se trouver S. 60° E. de Lille environ."


Un long silence jusqu’au déménagement à l’Observatoire en 1933 ?
Curieusement, les années suivantes, nous ne trouvons plus aucun compte rendu d’enregistrements du sismographe lillois dans les Annales de la SGN. En 1912, Henri Douxami, publie bien des articles mais rien sur le sismographe. Aucune autre publication officielle connue à ce jour ne mentionne les relevés du sismographe de Lille … Ceci reste cohérent avec les indications déjà fournies plus haut : dans la première publication des Annales du Bureau Central Sismologique Français (BCSF)(3) qui regroupe les observations de l’année 1922 des stations sismologiques françaises, il est indiqué que la station de Lilloise est "en voie d’organisation". Elle reste indiquée comme tel jusqu’en 1932.


Est-ce que le décès prématuré du responsable de cette station en 1913 met fin temporairement aux activités d’enregistrement sismique sur Lille ? Est-ce cette inactivité qui pousse l’Université de Lille à déménager le sismographe à l’Observatoire lors de sa construction en 1933/1934 afin de relancer son fonctionnement ?


C’est en tout cas dans l’annuaire du BCSF de 1933 que la station lilloise est indiquée comme opérationnelle. Cependant, il faut attendre l’annuaire de 1935 pour trouver le premier enregistrement dans la nouvelle implantation, même si nous possédons à l’Observatoire quelques enregistrements datants de 1931, 1932 et 1934 (prémices de la réinstallation de la station lilloise ?). Ce premier relevé publié concerne une secousse enregistrée le 19 avril 1935 dont l’épicentre est situé en Méditerranée au large des côtes tripolitaines.
La station de l’Observatoire de Lille est décrite dans les Annales du BCSF comme suit :

Personnels : M. Gallissot (Directeur) et M. Le Thierry (Assistant)
Coordonnées géographiques : λ : 03°04’15" E - φ : 50°36’57" N
Altitude : 13m
Sous sol : marne sur calcaire crayeux
Appareils : Mainka 130Kg – deux composantes


Les comptes rendus annuels de l’Université de Lille nous apprennent que le sismographe a été transporté de l’Institut de Géologie à l’Observatoire et qu’après une vérification et une révision complète, le sismographe est remonté à la date du 15 avril 1934. Le sismographe a donc été déplacé de l’Institut de Physique à celui de Géologie avant d’être transféré à l’Observatoire, mais quand ? En 1931 ? Année des plus anciens sismogrammes retrouvés à l’Observatoire ?


Une relance de courte durée et en pointillé ?
C’est en 1935 que le service sismologique de l’Observatoire semble le plus prolifique. Cette année là, on trouve 10 observations de la station lilloise publiées dans les Annales du BCSF :


19 avril à 15h28
30/31 mai à 21h42
27 juin à 17h21
11 septembre à 14h16
20 septembre à 02h12
18 octobre à 00h55
14 décembre à 22h46
15 décembre à 07h30
17 décembre à 19h49


En 1936 seulement 2 relevés sont publiés dans les Annales du BCSF :


1er avril à 02h34
18 octobre à 03h12


Un seul relevé est mentionné dans les Annales de 1937, le 07 janvier à 13h05 et rien n’est indiqué pour Lille en 1938, alors que les stations de Marseille et de Besançon, équipées du même appareil sont citées régulièrement. La presse écrite lilloise signale l’arrêt du sismographe de l’Observatoire endommagé lors du tremblement de Terre du franco-belge du 11 juin 1938.


En 1939, ont trouve 5 observations, mais sur une courte période :


18 avril à 06h42
30 avril à 03h17
1er mai à 06h39
02 mai à 13h53
08 mai à 01h52


Rien n’apparaît en 1940 (on peut le comprendre) et les derniers relevés inscrits dans les Annales du Bureau Central Sismologique Français puis dans celles de l’Institut de Physique du Globe de Strasbourg qui paraîtront jusqu’en 1970 sont :

_26 juin 1941 vers 12h
13 avril 1942 vers 07h
14 mai 1942 vers 02h


Les rapports annuels de l’Observatoire de Lille parus dans les Annales de l’Université de Lille nous indiquent que 7 enregistrements ont eu lieu en 1934, le premier datant du 1er octobre. Charles Gallissot, Directeur, rapporte une activité normale et un entretien régulier du sismographe avec l’envoi des relevés les plus pertinents à l’Institut de Physique du Globe de Strasbourg où siège le BCSF dans les rapports annuels qui suivront et ce jusque 1939.


Durant les années de guerre, une grande partie de l’Observatoire est occupée par l’armée allemande. De 1940 à 1942, M. Dhalluin, Président de l’Association Astronomique du Nord, tente de maintenir en activité les services de l’Observatoire. Il est secondé par un mécanicien de l’Université, M. Caby. 20 enregistrements sont réalisés sur l’année universitaire 1941-1942 et en particulier, on enregistre les tremblements de Terre du 18 novembre 1941 (Japon), du 25 novembre 1941 (Açores) et du 14 mai 1942 (Equateur). L’année suivante, on compte 15 relevés mais l’absence de TSF me permet pas une détermination précise du temps. M. Dhalluin utilise un théodolite pour mesurer l’heure lorsque que les conditions météorologiques le permettent.
En 1943/1944, Charles Gallissot est de retour à l’Observatoire, mais en septembre 1943, un bombardement allié touche l’Observatoire et la "chaîne du temps" du sismographe devient hors service. Les réparations n’auront lieu qu’en 1948, année de remise en service du sismographe qui fonctionnera régulièrement jusqu’au départ à la retraite de M. Gallissot en octobre 1951.


Vladimir Kourganoff, remplaçant de Charles Gallissot, poursuit la remise en état de l’Observatoire. Avec l’aide de M. Rousseau, il fait remettre le sismographe en service sur la période 1953/1955. On sait que M. Kourganoff a tenté de populariser les activités de l’Observatoire aussi bien au niveau international qu’au niveau local. Il a notamment écrit un article intitulé "Un tremblement de Terre bizarre et instructif " dans le "Nord-Eclair" du jeudi 6 mai 1954. Il s’agit de la description d’un séisme atypique, mais bien naturel, ayant eu lieu en Espagne le 29 mars précédent.


Il semble que la station sismologique de Lille s’arrête en 1955. Les plus récents sismogrammes présents à l’Observatoire datent de 1954.


La construction du périphérique de Lille au début des années 1970 et sa proximité avec l’Observatoire interdisent toute utilisation scientifique du sismographe depuis cette époque.


Références :

  • "Le tremblement de terre" - Edmont Rothé - Librairie Félix Alcan – 1932
  • "Description du sismographe de l’Observatoire de Marseille" – Henry Bourget – 1915
  • "Annales du BCSF" – Institut de Physique du Globe – de 1922 à 1943
  • "Les ondes sismiques" - Musée de sismologie et de magnétisme terrestre de Strasbourg
  • Le catalogue n°22 de la Société J et A Bosch – 1910
  • Annales de l’Université de Lille provenant des archives de l’Observatoire de Lille – années universitaires consultées de 1929/30 à 1952/53 (sauf 1931/32 non disponible)
  • Annales de la Société Géologique du Nord (Tome XL – 1911)