Les réseaux de fibre optique offrent une alerte précoce en cas de tremblements de terre et de tsunamis

MADRID, le 24 novembre (EUROPA PRESS) –

Des géophysiciens de l’ETH Zurich ont montré que chaque vague d’un séisme de magnitude 3,9 est enregistrée dans le système de suppression du bruit des réseaux à fibres optiques.

Cette méthode, maintenant publié dans Scientific Reportspeut être utilisé pour établir des systèmes d’alerte précoce aux tremblements de terre et aux tsunamis à faible coût.

Pour les pays riches comme la Suisse, disposer d’un réseau dense de stations de surveillance sismique est une évidence. Ce n’est pas le cas dans les pays moins développés ou au fond des océans de la planète. Alors que les régions les plus pauvres manquent d’argent pour acquérir le nombre nécessaire de capteurs, les océans ont besoin de systèmes complexes capables de mesurer de manière fiable d’infimes changements de pression à des profondeurs de plusieurs milliers de mètres. et faire remonter les signaux de données à la surface.

Des scientifiques de l’Institut de géophysique de l’ETH Zurich, en collaboration avec l’Institut fédéral suisse de métrologie (METAS), ont découvert une méthode étonnante et peu coûteuse qui permet de mesurer avec précision les tremblements de terre, même au fond de l’océan et dans les pays moins développés.

“Nous profitons d’une fonction que remplit déjà l’infrastructure de fibre optique existante : nous obtenons des données de vibration du système de suppression active du bruit, qui a pour fonction d’augmenter la précision des signaux dans la communication de données optiques”, explique-t-il. c’est une déclaration professeur de géophysique Andrés Fichtner. Il suffit de stocker les données de suppression active du bruit et de les évaluer, sans avoir besoin d’appareils supplémentaires ni d’infrastructures coûteuses.

Pour comprendre comment la suppression active du bruit de phase (PNC) peut mesurer les tremblements sismiques, il est utile de la comparer aux systèmes de suppression de bruit des casques haut de gamme actuels, qui font disparaître presque complètement le bruit ambiant pour les utilisateurs. Ces écouteurs sont dotés de microphones qui captent les bruits extérieurs. Ce signal est inversé puis introduit dans les signaux audio en temps quasi réel. Le signal inversé en phase annule un à un les bruits extérieurs, les rendant inaudibles.

Dans le PNC d’un système de communication de données optiques, le « bruit ambiant » dans la fibre optique est déterminé en comparant le signal initialement transmis avec un signal partiel réfléchi par le récepteur. La différence entre les deux signaux indique alors les interférences auxquelles le signal lumineux a été exposé lors de son passage dans la fibre optique. Comme pour la suppression du bruit dans les écouteurs, ces interférences peuvent être annulées par une anti-signalisation appropriée.

Dans la transmission optique de données, le « bruit » se produit lorsque les fibres optiques sont perturbées par de simples micromètres. Cela se produit en réponse aux déformations de la surface de la Terre dues aux tremblements de terre, aux vagues, aux différences de pression atmosphérique et à l’activité humaine. Chaque déformation raccourcit ou allonge légèrement la fibre. Ceci conduit à son tour à ce que l’on appelle l’effet photoélastique, ce qui fait fluctuer légèrement la vitesse de la lumière dans la fibre.

Les changements dans la longueur des fibres et les fluctuations de la vitesse de la lumière modifient légèrement la fréquence du signal lumineux. Ce phénomène est connu depuis plusieurs années et a déjà été utilisé dans des instruments spéciaux pour mesurer les vibrations.

Mais dans le cas du système de suppression du bruit dans la communication par fibre optique de l’infrastructure de l’horloge atomique suisse, étudié par les scientifiques de l’ETH et de METAS, ces instruments de mesure supplémentaires sont superflus : les déformations peuvent être facilement lues grâce à la correction des signaux horaires. Celui-ci corrige la longueur d’onde du signal dans la gamme térahertz (10 à la puissance 12 oscillations par seconde) de quelques centaines de hertz, soit d’environ un dixième de milliardième.

Ces changements peuvent être minimes, mais ils donnent une image extrêmement claire des vibrations auxquelles les câbles à fibres optiques sont exposés pendant la période d’observation. “Grâce au PNC de la liaison par fibre optique entre Bâle et le site de l’horloge atomique de METAS à Berne, nous avons pu suivre en détail chaque vague d’un séisme de magnitude 3,9 en Alsace“explique Fichtner. “Mais mieux encore, un modèle du séisme basé sur nos données correspondait également très précisément aux mesures effectuées par le Service sismologique suisse.”

Cette correspondance presque exacte montre que les données PNC peuvent être utilisées pour déterminer l’emplacement, la profondeur et la magnitude d’un séisme avec un haut degré de précision. “Cela est particulièrement intéressant pour les alertes globales aux tsunamis ou pour mesurer les tremblements de terre dans les régions les moins développées du monde”, affirme Fichtner.