Les chercheurs ont utilisé un câble à fibre optique sur la calotte glaciaire d’un volcan sous-glaciaire islandais pour détecter un tremblement volcanique à basse fréquence, suggérant que cette technologie pourrait être utile pour surveiller d’autres systèmes volcaniques recouverts de glace.
Leurs recherches publiées dans L’enregistrement sismique indique que la calotte glaciaire flottante, qui fait partie du glacier Vatnajökull, a agi comme un amplificateur naturel des signaux de tremblement générés par le volcan Grímsvötn, l’un des plus dangereux d’Islande.
Cela semble être la première observation d’une calotte glaciaire flottante agissant comme un amplificateur de tremblement, a déclaré Andreas Fichtner, professeur de sismologie et de physique des vagues à l’ETH Zürich. « Les oscillations des plates-formes de glace en Antarctique ou au Groenland sont connues depuis longtemps », a-t-il expliqué, « mais elles sont principalement excitées par les vagues océaniques ».
Bien que les mécanismes exacts derrière les tremblements volcaniques puissent différer, ils peuvent être un indicateur d’une activité volcanique ou géothermique profonde, a déclaré Fichter. « En plus de fournir des informations sur les processus sous-jacents, les tremblements peuvent également servir de précurseur d’éruptions volcaniques qui doivent être surveillées de près. »
Grímsvötn est l’un des volcans les plus grands et les plus actifs d’Islande, avec des éruptions majeures se produisant en moyenne tous les dix ans. Le chauffage géothermique fait fondre la calotte glaciaire, créant un lac sous-glaciaire sur le volcan qui éclate occasionnellement et inonde les plaines côtières. Ses éruptions explosives créent des panaches de cendres imposants qui affectent l’agriculture, la santé humaine et l’aviation. Les cendres de la dernière éruption majeure en mai 2011 ont fermé le principal aéroport d’Islande et entraîné l’annulation de 900 vols.
Les chercheurs aimeraient en savoir plus sur l’environnement sismique de Grímsvötn, mais l’installation d’un réseau sismique traditionnel est coûteuse et difficile dans les conditions éloignées et difficiles du volcan sous-glaciaire. Au lieu de cela, Fichtner et ses collègues se sont tournés vers la détection acoustique distribuée.
La détection acoustique distribuée, ou 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 la synchronisation des impulsions réfléchies pour en savoir plus sur les ondes sismiques résultantes.
Les chercheurs ont déployé un câble à fibre optique de 12,5 kilomètres de long sur Grímsvötn en mai 2021 et ont collecté des données du système DAS pendant trois semaines.
« Nous voulions savoir si une grande expérience DAS dans un environnement aussi difficile et éloigné serait réellement réalisable et si cela pourrait nous apprendre quelque chose de nouveau », a déclaré Fichtner. « Maintenant, après avoir analysé les données en détail, nous savons que les découvertes que nous avons faites n’auraient pas été possibles avec des stations conventionnelles. Cela inclut non seulement les oscillations de la calotte glaciaire liées aux tremblements, mais aussi les près de 3000 tremblements de terre locaux que nous avons détectés dans les trois semaines de l’expérience. »
Après avoir analysé les données DAS densément échantillonnées, les chercheurs ont réalisé que la calotte glaciaire flottante agissait comme un résonateur naturel des signaux sismiques, leur permettant de détecter le tremblement volcanique qui aurait autrement pu être submergé par d’autres « bruits » ambiants ou d’instruments dans un environnement traditionnel. réseau sismique.
L’équipe de recherche a eu de la chance avec un temps exceptionnellement agréable, ainsi que des cabanes de recherche équipées d’un sauna chauffé par géothermie au point culminant de la caldeira de Grimsvötn, lors du déploiement de la fibre optique. Un traîneau de tranchée mis au point par des chercheurs de l’Office météorologique islandais, qui a labouré et placé le câble en même temps, a également aidé.
« Le véritable défi était de réaliser des épissures sur le terrain », se souvient Fichtner. « Comme nous avions trois tourets de câble avec quatre kilomètres de câble sur chacun d’eux, nous avons dû connecter les fibres, ce qui s’appelle l’épissage. Une fibre optique est plus fine qu’un cheveu humain, et donc difficile à manipuler sur un glacier. »
Andreas Fichtner et al, Observation par fibre optique du tremor volcanique par résonance de la calotte glaciaire flottante, L’enregistrement sismique (2022). DOI : 10.1785/0320220010