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L’essor de la détection acoustique distribuée (DAS) par fibre optique en sismologie pourrait s’avérer un complément utile aux systèmes d’alerte précoce aux tremblements de terre, écrivent des chercheurs dans le Bulletin de la Seismological Society of America.

Le DAS utilise les minuscules défauts internes d’une longue fibre optique comme des milliers de capteurs sismiques. Un instrument appelé interrogateur à une extrémité de la fibre envoie des impulsions laser dans le câble qui sont réfléchies par les défauts de la fibre et renvoyées à l’instrument. Lorsque la fibre est perturbée par l’activité sismique, les chercheurs peuvent examiner les changements dans les impulsions réfléchies pour en savoir plus sur les ondes sismiques résultantes.

Une caractéristique que le DAS peut détecter est la déformation dynamique, ou l’expansion ou la compression de la roche qui se produit lorsqu’une onde sismique se propage à travers la roche. Bien que les calculs de déformation dynamique ne fassent pas partie des applications actuelles d’alerte précoce aux tremblements de terre, Noha Farghal, anciennement de l’US Geological Survey et maintenant de Risk Management Solutions, Inc., et ses collègues pensent qu’il pourrait être utile de les inclure dans les systèmes d’alerte.

«Avant de discuter de l’utilisation des données de déformation des matrices DAS, nous avons commencé par introduire l’idée d’incorporer la déformation des extensomètres de forage, qui sont des instruments bien établis. Nous pensons que cela renforce notre argument en faveur de la pression exercée sur la communauté d’alerte précoce aux tremblements de terre (EEW) », ont déclaré Farghal et ses collègues.

Mais le forage de trous de forage est coûteux, et le petit réseau de jauges de contrainte de forage sur la côte ouest des États-Unis, par exemple, ne peut pas fournir une couverture uniforme et étendue autour des failles dangereuses de la région, selon les scientifiques.

Par rapport au point de détection unique offert par un instrument de forage, un réseau DAS pourrait potentiellement fournir des observations de déformation à chaque mètre le long d’un câble à fibre optique, offrant une redondance des mesures. Les données de détection dense pourraient également aider les sismologues à mieux comprendre la propagation des ondes d’une manière qui leur permette de localiser la source d’un tremblement de terre avec plus de précision, ont noté Farghal et ses collègues.

Le DAS pourrait également être un moyen de rapprocher le plus possible les instruments d’une grande source de tremblement de terre, ont-ils ajouté. Les grands tremblements de terre posent des problèmes aux sismomètres traditionnels, qui peuvent « écrêter » ou ne pas enregistrer lorsque l’amplitude de secousse d’un tremblement de terre est trop élevée. Les accéléromètres sont plus sensibles aux secousses à haute fréquence, par rapport aux secousses à basse fréquence nécessaires pour estimer la magnitude d’un tremblement de terre à partir de données recueillies à courte distance.

Les strainmètres comme ceux fournis par DAS, d’autre part, « sont vraiment à large bande avec des plages dynamiques élevées », ont déclaré Farghal et ses collègues, « ce qui signifie que lorsque les amplitudes de déformation sont très grandes et sur une large gamme de fréquences, ce qui sera le cas dans le champ proche d’une grande rupture, les extensomètres continueront à représenter les amplitudes et les fréquences du signal sismique sans écrêtage ni saturation.

Les chercheurs disent que l’une des clés pour inclure le DAS dans un système d’alerte précoce aux tremblements de terre sera de développer de nouveaux algorithmes d’alerte basés sur la contrainte pour le système ou de trouver un moyen de dériver des mesures de mouvement du sol, telles que la vitesse maximale du sol, qui peuvent être utilisées avec algorithmes d’alerte précoce aux tremblements de terre établis.

Les zones urbaines et très peuplées avec peu de stations sismométriques traditionnelles sont de bons candidats pour les déploiements DAS à fibre optique, ont déclaré Farghal et ses collègues. « Un réseau DAS peut être installé autour des bâtiments et dans les infrastructures existantes, où l’installation d’instruments sismiques traditionnels peut être difficile », ont-ils déclaré. « De plus, des câbles à fibre optique pourraient être déployés lors des extensions prévues des télécommunications et de l’infrastructure Internet à fibre optique dans les zones rurales. »

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