Les câbles sous-marins: des milliards de capteurs sismiques potentiels !

Publié par Redbran le 19/12/2019 à 14:00
Source: CNRS

Des scientifiques montrent pour la première fois qu'il est possible de détecter la propagation d'ondes sismiques au fond des océans avec des câbles sous-marins de télécommunication. D'après leurs observations, ces infrastructures existantes pourraient être exploitées pour détecter les séismes, mais aussi la houle (La houle est un mouvement ondulatoire de la surface de la mer. C'est une oscillation sinusoïdale régulière qui est légèrement différente des vagues car la houle se déplace sur de grandes...) ou encore le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une...) sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et...). Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications le 18 décembre 2019, par des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), de l'OCA, de l'IRD et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) Côte d'Azur au laboratoire Géoazur, en collaboration avec la société Fébus Optics et le Centre de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi parfois physique...) de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université).

1,2 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et...) de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) de câbles de télécommunication tapissent le fond des océans (trois fois la distance de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) à la Lune). Composés de fibres optiques, ils rendent possible une grande partie de nos échanges par téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix humaine.), SMS ou courriel. Et ils pourraient bientôt acquérir une nouvelle fonction: capter les ondes acoustiques et sismiques.

Les scientifiques ont ici utilisé un câble de 41 km, installé au large de la côte toulonnaise pour récupérer les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique,...) de l'observatoire sous-marin MEUST-NUMerEnv, à 2500 m de profondeur. La méthode mise au point (Graphie) tire parti de petites impuretés contenues dans les fibres optiques, qui renvoient vers l'émetteur une partie de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) qu'elles transportent. En étirant ou en contractant la fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.), le passage d'une onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) sismique ou acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes...) modifie de manière infime l'écart entre ces impuretés, et donc le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes...) renvoyé. Encore fallait-il vérifier que ces différences étaient perceptibles car, dans les câbles sous-marins, les fibres optiques sont entourées de plusieurs couches isolantes.

En injectant dans une fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les transmissions terrestres et...) des pulses de lumière et en analysant le signal renvoyé, l'équipe a converti les 41 km de fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) en plus de 6000 capteurs sismiques. Un séisme de magnitude 1,9 survenu au cours de l'expérience, pourtant localisé à plus de 100 km du câble (figure 1), a été détecté par chacun des points de mesure avec une sensibilité proche de celle d'une station sismologique installée sur la côte.

Mais ce n'est pas tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.): ces mesures sont aussi sensibles aux ondes qui se propagent au sein de l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et...), comme celles produites par la houle. Les auteurs ont ainsi enregistré l'empreinte des vagues sur le fond marin à proximité de la côte, et aussi leur effet sur la plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique plane, avec des pentes relativement faibles. Elle se trouve à basse altitude, les vallées y sont...) abyssale, où elles génèrent le "bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) sismique". Ces capteurs ont ainsi permis, pour la première fois, d'observer comment sont produites ces très faibles vibrations qui agitent de manière permanente l'intérieur de la Terre et permettent aux géophysiciens de sonder sa structure.

Les chercheurs et chercheuses supposent que, telle une ligne de microphones, un câble de télécommunication pourrait de la même manière capter le bruit sous-marin produit par les navires ou par les cétacés.

Face au défi (logistique et financier) que représente l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) des fonds marins, les câbles de télécommunication offriraient donc une solution pour mieux connaître cette terra incognita couvrant les deux tiers du globe, et répondre à une multitude d'enjeux scientifiques et sociétaux - séismes, érosion des côtes, interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée...) entre le vivant, l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des...) et la "Terre solide",...

Un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de câbles actuellement en service vont être "mis à la retraite" par les opérateurs de télécommunication au cours des prochaines années. Grâce à ces travaux, ils connaîtront peut-être une deuxième vie (La vie est le nom donné :).


Ondes sismiques émises par un séisme de magnitude 1,9 localisé au nord de Fréjus (Var), enregistrées le long du câble fibre optique de 41 km installé au fond de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) au large de Toulon. Sur l'enregistrement à droite, chaque ligne correspond à un point de mesure situé le long du câble, depuis la côte, en haut, vers le large, en bas (les 41 km étant équivalents à plus de 6000 capteurs). La différence de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'arrivée des ondes aux différents points de mesure permet de remonter à la localisation du séisme. © Diane Rivet


Animation montrant l'effet de la houle enregistré sur les huit premiers kilomètres de fibre optique. © Diane Rivet

Bibliographie:
Distributed sensing of earthquakes and ocean-solid Earth interactions on seafloor telecom (En France, voir http://www.arcep.fr/index.php?id=interactivenumeros sur le site de l'ARCEP (http://www.arcep.fr).) cables, Anthony Sladen, Diane Rivet, Jean-Paul Ampuero, Louis De Barros, Yann Hello (Hello (code AITA : HW ; code OACI : FHE) est une compagnie aérienne charter suisse basée à Bâle pour son siège administratif....), Gaëtan Calbris, Patrick Lamare. Nature Communications, 18 décembre 2019. DOI: 10.1038/s41467-019-13793-z.

Contacts:
- Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur...) CNRS - Anthony Sladen - sladen at geoazur.unice.fr
- Chercheuse Observatoire de la Côte d'Azur - Diane Rivet - diane.rivet at geoazur.unice.fr
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