Une nouvelle technologie de surveillance des dangers utilise les signaux GPS pour chasser les vagues dans la ceinture de feu du Pacifique. L’objectif à long terme de GUARDIAN est d’augmenter les systèmes d’alerte précoce.
Déclenchés par des tremblements de terre, des volcans sous-marins et d’autres forces de tremblement de terre, les tsunamis peuvent dévaster les communautés côtières. Lorsqu’il s’agit de prévenir à l’avance, chaque seconde compte. Les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA testent une nouvelle approche pour détecter, depuis les confins de l’atmosphère, les vagues les plus meurtrières de l’océan.
Appelé GUARDIAN (GNSS Upper Atmospheric Real-time Disaster Information and Alert Network), le système de surveillance expérimental exploite les données de grappes de GPS et d’autres satellites d’orientation en orbite autour de notre planète. Collectivement, ces grappes sont connues sous le nom de systèmes mondiaux de navigation par satellite, ou GNSS. Leurs signaux radio voyagent vers des centaines de stations terrestres scientifiques à travers le monde, et ces données sont traitées par le réseau GPS différentiel mondial (GDGPS) du JPL, qui améliore la précision de positionnement en temps réel jusqu’à quelques pouces (environ 10 centimètres).
Le nouveau système passe au crible les signaux à la recherche d’indices indiquant qu’un tsunami s’est produit quelque part sur Terre. Comment ça marche? Lors d’un tsunami, de nombreux kilomètres carrés de la surface de l’océan peuvent monter et descendre presque à l’unisson, déplaçant une quantité importante d’air au-dessus. L’air déplacé ondule dans toutes les directions sous la forme d’ondes sonores à basse fréquence et de gravité. En quelques minutes, ces vibrations atteignent la couche supérieure de l’atmosphère : l’ionosphère cuite par le soleil et chargée électriquement. Le choc qui s’ensuit entre les ondes de pression et les particules chargées peut déformer très légèrement les signaux des satellites de navigation à proximité.
Cette animation montre comment les vagues d’énergie du tremblement de terre et du tsunami de Tohoku-Oki du 11 mars 2011 ont percé l’ionosphère terrestre à proximité du Japon, perturbant la densité des électrons. Ces perturbations ont été surveillées en suivant les signaux GPS entre les satellites et les récepteurs au sol. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Alors que les outils de navigation cherchent généralement à corriger ces perturbations ionosphériques, les scientifiques peuvent les utiliser comme sonnette d’alarme pour sauver des vies, a noté Léo Martire, un scientifique du JPL développant GUARDIAN. « Au lieu de corriger cela comme une erreur, nous l’utilisons comme données pour trouver des dangers naturels », a déclaré Martire.
L’outil de surveillance le plus rapide de son genre
La technologie est encore en train de mûrir, a déclaré Martire, qui copréside un groupe de travail au sein du Comité international des Nations Unies sur le GNSS qui explore l’utilisation des systèmes de navigation par satellite pour améliorer les stratégies d’alerte précoce. Actuellement, la sortie en temps quasi réel de GUARDIAN doit être interprétée par des experts formés pour identifier les signes de tsunamis. Mais c’est déjà l’un des outils de surveillance les plus rapides de son genre : Dans les 10 minutes il peut produire une sorte d’instantané du grondement d’un tsunami atteignant l’ionosphère. Et cela pourrait potentiellement fournir jusqu’à une heure d’avertissement, selon la distance entre l’origine du tsunami et le rivage.
« Nous envisageons que GUARDIAN complète un jour les instruments terrestres et océaniques existants tels que les sismomètres, les bouées et les marégraphes, qui sont très efficaces mais manquent d’une couverture systématique de l’océan ouvert », déclare Siddharth Krishnamoorthy, également membre de l’équipe de développement du JPL. . Les scientifiques affiliés au programme Disasters de la NASA utilisent actuellement des instruments au sol dans les stations GNSS pour une détection plus rapide des tsunamis.
« Lorsqu’il y a un grand tremblement de terre près de l’océan, nous voulons connaître rapidement la magnitude et les caractéristiques du tremblement de terre pour comprendre la probabilité qu’un tsunami soit généré, et nous voulons savoir si un tsunami a effectivement été généré », a déclaré Gerald Bawden. , le scientifique du programme pour la surface et l’intérieur de la Terre au siège de la NASA à Washington.
« Aujourd’hui, il existe deux façons de savoir si un tsunami a été généré avant qu’il ne touche terre : les bouées DART de la NOAA et les observations GNSS-ionosphère. Il existe un nombre limité de bouées et elles sont très coûteuses, de sorte que des systèmes comme GUARDIAN ont le potentiel de compléter systèmes d’alerte. »
À l’heure actuelle, l’équipe GUARDIAN se concentre sur la ceinture de feu géologiquement active de l’océan Pacifique. Environ 78% des plus de 750 tsunamis confirmés entre 1900 et 2015 se sont produits dans cette région, selon une base de données historiques maintenue par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). GUARDIAN surveille actuellement un peu plus de la moitié de la région d’intérêt dans le Pacifique.
L’équipe GUARDIAN développe un site Web pour permettre aux experts d’explorer l’état de l’ionosphère en temps quasi réel en étudiant les liaisons de stations satellites individuelles sur le réseau GNSS. Les utilisateurs peuvent accéder aux données d’environ 90 stations autour de la ceinture de feu du Pacifique et découvrir des signaux d’intérêt dans les minutes qui suivent un événement. L’équipe vise à étendre la couverture et à affiner le système jusqu’à ce qu’il puisse automatiquement signaler les tsunamis et autres dangers, y compris les éruptions volcaniques et les tremblements de terre.