La nouvelle technologie de câble sous-marin est comme « un puissant télescope pour les tremblements de terre »

Aug 02, 2023

Imaginima/iStock

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Dans une nouvelle étude menée à Caltech, les modestes câbles souterrains à fibres optiques qui sillonnent le paysage californien ont révélé un avantage particulier : détecter et mesurer les tremblements de terre.

Bien que ces câbles assurent la connectivité Internet, une section de câble à fibre optique a été réutilisée pour approfondir la mécanique complexe d'un séisme de magnitude 6, mettant ainsi en lumière les détails de son processus de rupture.

Les résultats, publiés dans la revue Nature le 2 août, mettent en lumière le potentiel des câbles à fibres optiques pour améliorer la compréhension des tremblements de terre et les systèmes d'alerte précoce, à condition d'obtenir une couverture de câbles plus large.

Juste pour clarifier, la détection des tremblements de terre par des câbles sous-marins n’est pas un concept nouveau. En fait, Interesting Engineering (IE) a déjà expliqué comment au moins 400 d’entre eux peuvent être exploités à l’échelle mondiale, comme l’a révélé une séance de questions-réponses avec un expert.

Aujourd'hui, dans un récent communiqué de presse, une équipe dirigée par le professeur de géophysique Zhongwen Zhan a présenté une méthode innovante appelée détection acoustique distribuée.

En réinventant les câbles à fibres optiques en sismomètres de fortune, ils ont exploité une simple section de câble de 100 kilomètres pour mieux comprendre la dynamique complexe d'un tremblement de terre spécifique de 2021.

"Si nous pouvons obtenir une couverture plus large pour mesurer l'activité sismique, nous pouvons révolutionner la façon dont nous étudions les tremblements de terre et fournir des alertes plus précoces", a expliqué Zhan dans un communiqué de presse.

"Bien que nous ne puissions pas prédire les tremblements de terre, la détection acoustique distribuée permettra de mieux comprendre les détails qui sous-tendent la rupture de la Terre."

En Californie du Sud, environ 500 sismomètres couvrent une vaste étendue d'environ 56 500 miles carrés, chacun coûtant jusqu'à 50 000 dollars. En revanche, l’utilisation de câbles à fibres optiques pourrait pratiquement couvrir la région de millions de sismomètres rentables.

Cette technique ingénieuse consiste à placer des émetteurs laser à une extrémité du câble, envoyant des faisceaux lumineux à travers les brins de verre constituant l'âme du câble.

Les imperfections du verre réfléchissent une fraction de la lumière vers la source pour l'enregistrement. Cela transforme le câble en un réseau de points de cheminement traçables, répondant aux mouvements du sol en modifiant les temps de trajet légers entre ces points.

Avec l'aimable autorisation de Z. Zhan

Essentiellement, les imperfections du câble agissent comme des milliers de sismomètres individuels, permettant aux sismologues de capturer le mouvement des ondes sismiques.

Dans l’étude, l’équipe s’est concentrée sur les signatures lumineuses dans un segment de câble à fibre optique situé dans l’est de la Sierra Nevada lors du tremblement de terre de magnitude 6 d’Antelope Valley en 2021.

Cette section équivalente à 10 000 sismomètres a révélé la complexité du séisme, révélant une séquence de quatre ruptures plus petites, ou « sous-événements ». Ces sous-événements insaisissables, semblables à des mini-séismes, ont échappé aux réseaux sismiques conventionnels.

En collaboration avec le laboratoire de Nadia Lapusta, l'équipe a construit un modèle précis du séisme M6 à l'aide des données sismiques mesurées. Le modèle a délimité avec précision les emplacements des quatre sous-événements et des régions de failles.

"Par analogie, imaginez votre télescope de jardin de tous les jours. Vous pouvez voir Jupiter, mais vous ne pouvez probablement pas voir ses lunes ni aucun détail", a déclaré Zhan.

"Avec un télescope très puissant, vous pouvez voir les moindres détails de la planète et des surfaces de la lune. Notre technologie est comme un puissant télescope pour les tremblements de terre."

Le potentiel de réutilisation des câbles à fibres optiques comme instruments sismiques est extrêmement prometteur, offrant un moyen rentable d’élargir notre compréhension des tremblements de terre – et idéalement d’atténuer leurs impacts.

Alors que la science continue de relier l'innovation technologique aux processus naturels de la Terre, l'avenir de la recherche sur les tremblements de terre s'éclaire à mesure que chaque impulsion lumineuse traverse les câbles enterrés.

L'étude complète a été publiée dans Nature le 2 août.