Le grondement des orages peut révéler la structure du sol jusqu'à environ 100 mètres de profondeur, grâce à de simples fibres optiques enterrées.
Le tonnerre ne fait pas seulement vibrer l'air. Une partie de son énergie atteint le sol et y crée de faibles ondes sismiques. Des chercheurs menés par l'Université d'État de Pennsylvanie ont montré que ces vibrations peuvent servir à examiner ce qui se trouve sous la surface, sans provoquer d'explosion ni attendre un séisme.
Trajet des ondes lors de la génération d'un séisme par le tonnerre.
Les ondes acoustiques directes issues de l'éclair (T1 et T2) se couplent au sol et à l'environnement, créant des ondes de propagation et des ondes de surface. La somme de toutes ces ondes constitue le champ d'ondes du séisme de tonnerre observé.
L'équipe a utilisé environ 4 km d'un câble de télécommunication déjà enterré sous le campus de University Park, en Pennsylvanie. Un laser envoyé dans la fibre permettait de détecter de minuscules déformations du câble. Celui-ci se comportait comme une longue série de capteurs, avec des mesures effectuées tous les quelques mètres et des centaines de fois par seconde.
Lorsqu'un coup de tonnerre se produit, ses ondes sonores atteignent le sol à différents endroits. Elles y engendrent des vibrations que les chercheurs nomment « thunderquakes », littéralement des séismes de tonnerre. Leur propagation dépend des propriétés des couches traversées, ce qui permet d'en déduire la structure du sous-sol.
Les chercheurs ont analysé 2,5 années d'enregistrements continus. Ils ont retenu 458 événements de bonne qualité, vérifiés grâce aux données sur la foudre. En combinant de nombreux signaux, ils ont pu suivre des ondes sismiques se propageant près de la surface et reconstruire une image du terrain sous le campus.
Cette image atteint environ 100 mètres de profondeur. Elle fait apparaître plusieurs zones fragiles qui n'avaient pas été détectées auparavant. Certaines correspondent à des déformations observées à la surface par radar satellitaire. Des mesures réalisées avec des forages et des études d'ingénierie ont aussi servi à vérifier les résultats.
La méthode peut être intéressante là où les séismes naturels sont rares. Les techniques habituelles nécessitent parfois des équipements sismiques déployés spécialement ou des sources artificielles. Ici, l'orage fournit l'énergie et un câble de télécommunication existant assure la mesure, ce qui limite les interventions sur le terrain.
Dans la pratique, cette technique pourrait aider à étudier des risques comme les affaissements ou les glissements de terrain. Elle pourrait aussi contribuer à rechercher de l'eau souterraine, surveiller des zones minières ou examiner des régions difficiles d'accès. Son efficacité dépend toutefois de la présence d'orages et de fibres utilisables.
Les chercheurs veulent maintenant tester la méthode à plus grande échelle et sous des conditions météorologiques différentes.