Si vous ou quelqu’un que vous connaissez ne vivez pas le long du nord-ouest pacifique des États‑Unis, il est fort probable que ShakeAlert®, le système d’alerte précoce des tremblements de terre (EWW) de l’USGS, vous soit inconnu. ShakeAlert est le seul système EEW public du pays, mais il est loin d’être parfait. Le service a, par exemple, déclenché de fausses alertes concernant un séisme de magnitude 5,9 inexistant l’an dernier, ainsi qu’un avertissement-test aussi traumatisant qu’inattendu à 3 h 19 du matin, heure du Pacifique, en 2023 en raison d’un présumé problème de fuseau horaire.
Pourtant, des géophysiciens du Centre des Tremblements de Terre de l’USGS ont développé une solution inattendue et quelque peu orthogonale pour améliorer les systèmes d’alerte sismique — une approche qui s’appuie ingénieusement sur notre réseau Internet grand public existant. Le concept exploite essentiellement les minuscules imperfections des câbles à fibre optique à très haute vitesse, les transformant en un interféromètre tentaculaire, un instrument scientifique qui tire des informations des interférence dans ses transmissions de signal.
Le résultat, dans ce cas, est ce que l’on appelle un sismomètre de détection acoustique distribuée (DAS). Les chercheurs de l’USGS ont constaté que leur système DAS prédisait de manière fiable les séismes de magnitude 5,4 et plus dans environ 79 % des cas, contre la précision maigre du ShakeAlert à environ 30 %. Et cela en utilisant seulement les quatre premières secondes des données du tremblement.
« L’un des plus grands défis de l’alerte précoce des tremblements de terre est de déterminer aussi vite que possible l’ampleur de ce qui s’est produit », a expliqué Theresa Sawi, géophysicienne de l’USGS et première autrice de la nouvelle étude examinant cette technique, dans un communiqué.
« Cette étude montre que la détection par fibre optique peut aider à répondre à cette question en quelques secondes », a déclaré Sawi.
Sensations californiennes
Tout comme les ondes sonores grondantes d’un orage qui approche, les premières ondes sismiques d’un tremblement imminent peuvent transporter des informations avant que l’événement n’arrive pleinement. En général, les tremblements plus importants génèrent des ondes sismiques avec des vibrations à basse fréquence, tandis que des fréquences plus élevées tendent à indiquer un tremblement plus faible qui devrait se dissiper plus rapidement avec la distance.
Sawi et ses coauteurs ont entraîné un algorithme d’apprentissage automatique sur des années de données de jauges de contrainte dans des forages, préservant les leçons tirées de tremblements passés comme ceux-ci en Californie, puis appliqué ces résultats à leurs câbles d’essai à fibre optique. Ces câbles reliaient les villes jumelles d’Arcata et Eureka dans le comté de Humboldt, en Californie : l’une des zones les plus actives pour les tremblements de terre du continent américain, située à seulement 30 miles au nord du terminus offshore de la faille de San Andreas.
Les câbles tests à fibre optique de l’équipe ont été entretenus en collaboration avec l’Université polytechnique d’État de Californie à Humboldt, qui collabore avec l’USGS sur le développement des sismomètres DAS. Bien que la recherche sur ces techniques ne soit pas entièrement nouvelle, comme les chercheurs l’indiquent dans leur article publié dans Nature Communications, elle a gagné en utilisation récemment comme solution pour étudier des tremblements océaniques isolés, l’activité volcanique et bien plus encore via des lignes à fibre optique en mer.
« C’est un pas en avant majeur dans la capacité de recherche en sismologie », a déclaré Eric Riggs, doyen de la faculté des Ressources naturelles et des Sciences de Cal Poly Humboldt, dans un communiqué publié en décembre dernier. « Cela ouvre une nouvelle ère de détection et de surveillance des tremblements de terre. »
Bonnes vibrations
Les systèmes traditionnels de surveillance des tremblements, tels que les sismomètres classiques et les capteurs de contrainte dans les forages, dépendent d’experts qui installent des instruments bien calibrés à des emplacements précis pour réussir. Évidemment, cela peut devenir quelque peu peu pratique en haute mer ou dans d’autres régions reculées, même si les habitants de ces zones méritent autant d’avertissements précoces que quiconque.
La coauteure Connie Stewart, directrice exécutive des initiatives universitaires à Cal Poly Humboldt, espère que ces travaux encourageront à investir davantage dans un accès plus large au haut débit pour les communautés rurales qui pourraient aussi bénéficier d’avertissements sismiques plus rapides et plus précis. Stewart, qui a une formation en politique publique de développement rural, et ses coauteurs soulignent aussi que les systèmes DAS connectés à des câbles sous-marins pourraient profiter à des communautés côtières où la surveillance sismique océanique les aiderait à se préparer face aux tsunamis générés par des tremblements sous-marins.
« Déployer davantage d’infrastructures à haut débit crée des opportunités bien au-delà de l’accès à Internet — notamment pour les communautés rurales de la côte nord », a déclaré Stewart dans un communiqué. « Cette étude démontre comment les investissements dans les réseaux de fibre optique peuvent aussi favoriser la découverte scientifique et, en fin de compte, contribuer à bâtir des communautés plus sûres et plus résilientes. »
