Bulk Elastic Properties

The bulk elastic properties of a material determine how much it will compress under a given amount of external pressure. The ratio of the change in pressure to the fractional volume compression is called the bulk modulus of the material.

A representative value for the bulk modulus for steel is and that for water is The reciprocal of the bulk modulus is called the compressibility of the substance. The amount of compressionof solids and liquids isseen to be very small.

The bulk modulus of a solid influences the speed of sound and other mechanical waves in the material. Il est également un facteur de la quantité d’énergie stockée dans les matériaux solides de la croûte terrestre. Cette accumulation d’énergie élastique peut être libérée violemment lors d’un tremblement de terre, c’est pourquoi la connaissance des modules apparents des matériaux de la croûte terrestre est une partie importante de l’étude des tremblements de terre. Le module apparent est un facteur de la vitesse des ondes sismiques des tremblements de terre.

Une affirmation courante est que l’eau est un fluide incompressible. Ce n’est pas strictement vrai, comme l’indique son module apparent fini, mais la quantité de compression est très faible. Au fond de l’océan Pacifique, à une profondeur d’environ 4000 mètres, la pression est d’environ 4 x 107 N/m2. Même sous cette énorme pression, la compression volumique fractionnelle n’est que de 1,8 % environ, alors que celle de l’acier ne serait que de 0,025 % environ. Il est donc juste de dire que l’eau est presque incompressible. Référence : Halliday, Resnick, Walker, 5e éd. Extended.

John Hermance souligne que pour avoir une image plus précise de la compressibilité de l’eau, il faut tenir compte de la température. La raison pour laquelle la compression de 1,8% peut être citée ci-dessus est que la compressibilité de l’eau à 20°C à la surface est à peu près la même que la compressibilité à 4000m de profondeur si la température au fond est de 5°C. La compressibilité à cette pression et à cette profondeur a une valeur plus élevée en raison de la température plus froide qu’elle n’aurait eu à 20°C. En utilisant les données détaillées de compressibilité de l’eau de la compilation Fine & Millero, on peut voir que si la température du fond était de 5°C, la compression serait d’environ 1,82%, mais que si elle était de 20°C, la quantité de compression serait d’environ 1,66%.

Une autre façon de l’énoncer est que si la température du fond est de 5°C, la compressibilité diminuerait de seulement 0,9% de la surface à la profondeur, alors que si la température du fond était également de 20°C, la compressibilité diminuerait d’environ 9,6%.

L’intérêt d’Hermance pour cette image détaillée de la compressibilité vient de son application à la compressibilité des eaux souterraines dans le sous-sol de la Terre. Cette eau souterraine pourrait être à une température plus élevée, et le changement de compressibilité est d’une importance considérable dans la compréhension du stockage et de la libération des eaux souterraines à partir des fissures et des pores de la roche, ainsi que des effets de l’hydrofracturation, des tremblements de terre, etc. dans la croûte supérieure de la Terre.