Sismologie ionosphérique: éthique et perspectives scientifiques

Publié par Redbran le 04/06/2021 à 13:00
Source: CNES
Prédire les séismes grâce aux satellites ? Certains en rêvaient. Une étude de l'Institut de physique du globe de Paris publiée dans Journal of Geophysical Research met à mal cette chimère, tout en augurant un futur spatial à la sismologie.


Impacts du séisme et du tsunami de 2011 au Japon. Crédits: Stocktrek Images.

2009. Un séisme de magnitude 6,3 secoue le centre de l'Italie, faisant plus de 300 morts. La ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour...) la plus touchée est L'Aquila. Six scientifiques sont condamnés à 6 ans de prison ferme pour homicide involontaire. Selon l'acte d'inculpation, les experts sont accusés d'avoir fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) "des informations inexactes, incomplètes et contradictoires" sur des secousses de faible intensité, ressenties des semaines, des mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...), avant. Cette sentence - annulée 2 ans plus tard - provoque un choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de...) parmi les sismologues du monde (Le mot monde peut désigner :) entier.

Pour éviter qu'un tel emballage judiciaire et médiatique ne se reproduise, mais aussi circonscrire les limites scientifiques et financements liés, deux chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) du globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) (IPGP) ont publié une étude montrant l'impossibilité de prédire des tremblements de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) avec des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) issues de satellites. "Depuis 10 ans, des publications scientifiques soutiennent qu'il est possible de prévoir les séismes, mais aussi leur magnitude, 20 à 40 minutes avant leur déclenchement grâce à l'observation de perturbations électriques dans l'ionosphère (L’ionosphère est une région de l'atmosphère située entre la mésosphère et la...).


[i]Giovanni Occhipinti, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à l'Institut de physique du globe de Paris. Crédits: Ninto.
C'est faux ! Nos résultats prouvent que cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...), bien que porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est...) d'espoir, est mal-fondée[/i]" explique Giovanni Occhipinti, chercheur à l'IPGP et co-auteur de l'étude publiée le 3 avril 2021 dans Journal of Geophysical Research. Leur étude est basée à la fois sur l'analyse de données et des simulations. "Il est très facile de faire apparaitre une augmentation miraculeuse des perturbations ionosphériques avant le déclenchement d'un séisme, simplement en jouant sur les paramètres des courbes de synthèse. Notre étude était plus un défi éthique que scientifique. Nous espérons qu'elle va clore le débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance,...). "

Détecter les séismes depuis l'espace

Ce qui est par contre établi, c'est que les tremblements de terre perturbent l'ionosphère, environ 8 minutes après la rupture d'une faille. Lors d'un séisme, l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) vibre avec la Terre. Quand les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) gravi-acoustiques générées (mélange d'ondes acoustiques et d'ondes de gravité) atteignent l'ionosphère, elles modifient la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) des particules ionisées (ions et électrons), notamment sa bande la plus chargée située à 300 km d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...). Ces modifications ionosphériques vont, à leur tour, perturber la propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes...) électromagnétiques émises par les constellations de satellites GNSS (Global Navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) Satellite (Satellite peut faire référence à :) System): GPS, Galileo (Galileo est le nom du futur système de positionnement par satellites européen, en test depuis...), Glonass (GLONASS (en russe ГЛОНАСС est un acronyme pour...) et Beidou (Beidou est un projet chinois de système de navigation et de positionnement par satellites, visant...).

Dans 3 articles publiés dansNature Scientific Reports en 2018, 2020 et 2021, l'équipe de Giovanni Occhipinti a montré que l'intensité de perturbation des signaux des satellites GNSS (mesurées par le TEC, le "Total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) Electron Content") est reliée à:
- la magnitude des séismes (lire notre article),
- l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de la vibration du sol,
- au volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) déplacée lors de la genèse du tsunami.

Ces travaux ouvrent un nouveau champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...), celui de la sismologie ionosphérique.


Principe de détection des perturbations ionosphériques par les satellites GNSS. Crédits: Eisenbeis & Occhipinti, 2021 modifié CNES.
Exemple de signatures ionosphériques repérées par les varitations du TEC lors du séisme de 2011 au large de l'île (Une île est une étendue de terre entourée d'eau, que cette eau soit celle d'un cours d'eau, d'un...) japonaise de Tohoku. Crédits: Rolland et al. (2011)

Le futur de la sismologie sera-t-il spatial ?

Les tremblements de terre ne sont pas les seuls phénomènes naturels à perturber l'ionosphère: les éruptions volcaniques et les tsunamis aussi. Ces derniers sont actuellement au coeur de recherches de l'IPGP avec en perspective l'amélioration des alertes tsunami. "Ce qui nous intéresse, c'est de déterminer si l'on peut estimer la hauteur des vagues des tsunamis à partir des vibrations repérées dans l'ionosphère" indique Giovanni Occhipinti. Pour y arriver, le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) prévoit de mobiliser non seulement les satellites GNSS mais également des satellites situés beaucoup plus haut, en orbite géostationnaire (L'orbite géostationnaire, abrégée GEO (geostationary orbit) est une orbite...).

"Avec le CNES, nous travaillons sur le projet IONOGLOW, actuellement en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) 0 (NDLR: étude préliminaire), pour équiper un satellite géostationnaire (Un satellite géostationnaire est un satellite artificiel qui se trouve sur une orbite...) d'un imageur "airglow" afin d'observer en continu l'ionosphère au-dessus du Pacifique, l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau...) avec le plus de tsunamis. Ses filtres étroits dans le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) (630 nm) et l'UV (135,6 nm) lui permettaient de déterminer, de jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) comme de nuit, avec un échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante...) temporel de l'ordre de la minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...), la densité des ions O+ en mesurant leur luminescence (La luminescence est une émission de lumière dite "froide", par opposition à l'incandescence qui...)." Couplé au système d'alerte sismique, il serait alors possible de confirmer ou d'infirmer la pré-alerte tsunami générée par les réseaux sismiques et compléter les réseaux des bouées et marégraphes.

Le saviez-vous ?

Les satellites altimétriques sont aussi capables de détecter la signature des tsunamis dans l'ionosphère. En 2004, Topex/Poséidon et Jason-1 ont mesuré à la fois le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) océanique et la perturbation ionosphérique du tsunami géant et meurtrier qui a suivi l'évènement sismique de Sumatra-Andaman. Comme pour les satellites GNSS, le "Total Electron Content" (TEC) est en effet estimé pour corriger les observations altimétriques.


Modélisation des perturbations "airglow" (luminescence des ions O+) de l'ionosphère provoquées par la propagation du tsunami japonais de 2011. Crédits: Occhipinti et al., 2011.

Publication:
J. Eisenbeis and G. Occhipinti, The TEC enhancement before seismic events is an artifact, Journal of Geophysical Research, 03 April 2021.
doi: 10.1029/2020JA028733.

Contacts:
- Giovanni Occhipinti, Institut de Physique du Globe de Paris: ninto at ipgp.fr
- Mioara Mandea, Responsable de la thématique "Géophysique interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...), géodynamique et géodésie (La géodésie tire son nom des mots grecs γη (Terre) et...)" au CNES: mioara.mandea at cnes.fr.
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