Les capteurs qui détectent les changements de pression atmosphérique dus aux secousses du sol peuvent également obtenir des données sur les grands tremblements de terre et les explosions qui dépassent la limite supérieure de nombreux sismomètres, selon de nouvelles recherches.
Les capteurs, qui détectent les infrasons inaudibles transportés dans l’air, pourraient améliorer les alertes aux tsunamis et autres interventions d’urgence tout en réduisant les coûts.
Des recherches menées par des scientifiques de l’Institut géophysique Fairbanks de l’Université d’Alaska montrent que les capteurs d’infrasons peuvent améliorer les déterminations de magnitude. Une première alerte au tsunami est basée uniquement sur l’ampleur et l’emplacement estimés.
Les capteurs d’infrasons coûtent moins cher que les sismomètres, sont fiables et existent en grand nombre en Alaska pour d’autres usages.
« Ce que nous avons fait, c’est utiliser les infrasons dans un but pour lequel ils n’étaient pas vraiment destinés », a déclaré Ken Macpherson du centre technique Wilson Alaska de l’Institut géophysique. « Nous avons constaté que cela fonctionne bien pour fournir des données complètes sur les tremblements de terre forts. »
Ces instruments à infrasons à détection de pression sont généralement utilisés à des fins non sismiques telles que la détection d’explosions minières ou de détonations nucléaires. Ils enregistrent également des glissements de terrain, des volcans en éruption ou des météores pénétrant dans l’atmosphère terrestre.
Macpherson détaille l’utilisation de capteurs d’infrasons pour la sismologie dans un document de recherche publié le 21 avril dans le Bulletin de la Société sismologique d’Amérique.
Macpherson est un scientifique spécialisé dans la recherche et les opérations en sismo-acoustique. Parmi les autres personnes du Wilson Alaska Technical Center impliquées dans la recherche figurent le directeur David Fee, le spécialiste des données Juliann Coffey et le spécialiste de l’apprentissage automatique Alex Witsil, qui travaille maintenant dans le secteur privé.
Les capteurs d’infrasons enregistrent les changements de pression atmosphérique causés par les ondes infrasons, qui sont à une fréquence inférieure à ce que les humains peuvent entendre.
Les capteurs d’infrasons peuvent enregistrer toute la gamme des mouvements du sol d’un tremblement de terre en détectant les changements de pression de l’air causés par le mouvement ascendant et descendant du sol pendant un tremblement de terre.
Le mouvement ascendant du sol comprime l’air, augmentant la pression d’air un peu comme le fait un piston. Le mouvement vers le bas réduit la pression.
Les changements de pression, même lors des plus grands tremblements de terre, sont bien en deçà de la limite supérieure des capteurs d’infrasons.
En revanche, les sismomètres, qui enregistrent le mouvement réel du sol, ont une limite supérieure, ce qui signifie que les données maximales peuvent être absentes pour les grands tremblements de terre. Ils peuvent également manquer des données de tremblements de terre plus petits si ceux-ci se produisent trop près d’un sismomètre.
Les sismologues appellent cette perte de données « l’écrêtage ».
« Si vous montez votre chaîne stéréo trop haut, vous obtenez un son horrible », a déclaré Macpherson. « Cela signifie que vous avez dépassé la plage dynamique du haut-parleur. Cela peut arriver à un sismomètre. »
Les sismologues peuvent surmonter l’écrêtage en déployant des détecteurs de mouvement fort, qui sont différents des capteurs d’infrasons. Ces capteurs de mouvement ne s’écarteront pas de l’échelle lors de secousses intenses, mais sont coûteux et ne sont pas précis pour les petits tremblements de terre. Environ 130 sont situés autour de l’Alaska, principalement dans des zones urbaines et à proximité de failles connues.
À titre d’exemple, Macpherson et ses collègues ont comparé les données infrasonores du tremblement de terre d’Anchorage de magnitude 7,1 du 30 novembre 2018 aux données d’un sismomètre. Les deux instruments se trouvaient au même endroit à 30 km de l’épicentre.
« L’enregistrement du sismomètre de ce tremblement de terre est allé directement dans la plage dynamique de l’instrument et s’est arrêté », a déclaré Macpherson. « Il y a donc une perte d’informations d’amplitude. »
Le sismomètre était l’un des nombreux dans la région du centre-sud de l’Alaska à manquer des données haut de gamme de ce tremblement de terre. Les données du capteur d’infrasons n’ont pas été coupées.
Pour vérifier l’exactitude des données haut de gamme du moniteur d’infrasons, Macpherson les a comparées aux données d’un sismomètre à fort mouvement au même endroit. Ils correspondaient.
Les capteurs d’infrasons peuvent également fournir des données tout aussi opportunes que les sismomètres. C’est particulièrement important si un tsunami est possible. Le Centre national d’alerte aux tsunamis ne dispose que de quatre minutes pour émettre un avertissement à partir du moment où un tremblement de terre se produit.
« Si tous les sismomètres proches se coupent et que le Centre d’alerte aux tsunamis essaie d’obtenir une magnitude précise pour avertir d’un tsunami, ils pourraient rapidement calculer les magnitudes d’une station d’infrasons voisine qui est colocalisée avec un sismomètre », a déclaré Coffey.
L’Alaska compte environ 150 capteurs d’infrasons aux côtés de moniteurs sismiques dans tout l’État.
Certains d’entre eux faisaient partie de l’EarthScope Réseau transportable, un projet financé par la National Science Foundation pour cartographier la croûte terrestre et le manteau supérieur. Le réseau temporaire s’est déplacé progressivement à travers le pays, atteignant l’Alaska en 2014. Quatre-vingt-seize de ces stations font maintenant partie de l’Alaska Earthquake Center’s réseau de surveillance permanent.
« Nous avons cette ressource unique en Alaska, et nous poussons la science pour en tirer le meilleur parti possible », a déclaré Macpherson. « Nous cherchons à l’utiliser de nouvelles façons. »
Plus d’information:
Kenneth A. Macpherson et al, Utilisation des infrasons locaux pour estimer la vitesse sismique et la magnitude des tremblements de terre, Bulletin de la Société sismologique d’Amérique (2023). DOI : 10.1785/0120220237