Le long de la côte, les vagues se brisent avec un son familier. La douce bouchée des surf sur le bord de mer peut nous endormir, tandis que le martèlement de la vague de tempête nous avertit de chercher un abri.
Pourtant, ce ne sont qu'un échantillon des sons qui proviennent de la côte. La majeure partie de l'énergie acoustique des surf est beaucoup trop faible en fréquence pour nous à entendre, voyageant dans l'air comme infrante et à travers le sol sous forme d'ondes sismiques.
Les scientifiques de l'UC Santa Barbara ont récemment caractérisé ces signaux à basse fréquence pour suivre les vagues de l'océan. Dans une étude publiée dans Journal géophysique Internationalils ont pu identifier les signatures acoustiques et sismiques de la rupture des vagues et de localiser d'où proviennent les signaux. L'équipe espère transformer cela en une méthode pour surveiller les conditions de la mer à l'aide de données acoustiques et sismiques.
Le grondement bas des vagues
Le surf produit des ondes infrantes et sismiques en plus du son de fréquence plus élevée que nous entendons à la plage. Exactement comment cela fonctionne est toujours une question ouverte, mais les scientifiques croient qu'il est lié à l'air qui se mélange à une vague de rupture.
« Toutes ces bulles oscillent en raison de l'instabilité de la pression, de l'expansion et de la contraction essentiellement en synchronisation », a déclaré le premier auteur Jeremy Francoeur, un ancien étudiant diplômé du groupe du professeur Robin Matoza. Cela génère un signal acoustique qui se transfère dans l'air à la surface de la mer et dans le sol sur le fond de la mer.
Alors que les ondes de pression inférieures à 20 Hertz (Hz) sont toujours des ondes acoustiques ordinaires jusqu'à environ 0,01 Hz, la fréquence ou le «pas» est trop faible pour que les humains entendent. « Ces sons cachés de l'atmosphère de la Terre sont produits par de nombreuses sources naturelles et anthropiques », a expliqué l'auteur principal Matoza, géophysicien du Département des sciences de la Terre de l'UCSB.
Il s'agit notamment des volcans, des tremblements de terre et des glissements de terrain; tempêtes océaniques, ouragans et tornades; Même les aurores et le vent s'écoulent sur les montagnes. Comprendre le type de signaux générés par chaque phénomène peut fournir une prime d'informations sur ces événements.
Travaillant depuis le campus balnéaire de l'UCSB, il était naturel que Matoza ait finalement tourné son attention vers la plage. Lui et ses élèves étaient curieux de savoir ce que leurs techniques de sismo-acoustiques pouvaient leur dire sur le surf qui brise le long de la côte.
Francoeur a déployé un éventail de capteurs au sommet du promontoire de la réserve de points d'huile de charbon de l'UCSB, qui fait partie du système de réserve naturelle de l'UC, pour enregistrer les ondes infrasures et sismiques produites par le surf. Il a associé ces données à des séquences vidéo de la plage pour identifier quels signaux correspondaient à une vague de rupture.
Voir le surf avec le son
De nombreuses études d'infrasons n'ont utilisé qu'un seul capteur. Le déploiement d'un tableau a fourni à l'équipe beaucoup plus d'informations. Le crash d'une vague a agi comme le claquement d'un clapet sur un ensemble hollywoodien, permettant à Francoeur d'aligner les canaux vidéo et infranchants les uns avec les autres. Cela leur a permis de mieux identifier le signal spécifique des ondes écrasantes car ils pourraient corréler les images avec des impulsions dans l'infrançage. Ils ont ensuite recherché la même signature dans les archives plus longues des données d'infrasounds qu'ils ont enregistrées à l'huile de charbon.
Alors que de nombreux phénomènes produisent des infrasons, le signal du surf était assez clair dans les données. Il est arrivé aux capteurs comme des impulsions répétitives entre 1 et 5 Hz.
C'était aussi assez fort. Eh bien, en quelque sorte. « » Loudness « est une description d'une perception humaine », a expliqué Matoza, « Infrasound ne peut donc pas avoir de » volume « . » Cependant, ce que nous percevons comme le volume se rapporte à l'amplitude de l'onde acoustique.
La majeure partie de l'infrasonation des vagues était d'environ 0,1 à 0,5 pascaux. Il s'agirait du volume de la circulation occupée (74 à 88 décibels (dB) par rapport à une pression de référence de 20 µPA), ou au volume d'un restaurant très fréquenté, s'il était déplacé dans la gamme de fréquences de l'audition humaine. Des houles particulièrement fortes ont atteint 1 à 2 pa, ou le vacarme d'une usine bruyante (94 à 100 dB).
« Le son du surf est assez fort lorsque vous êtes là-bas sur la plage », a déclaré Francoeur, « il est donc intéressant que la majorité de l'énergie soit réellement produite dans la chaîne infrante. »
L'équipe était curieuse si ce signal s'alignerait sur les conditions de la mer. Ils ont constaté que l'amplitude infranchante était en corrélation avec une hauteur d'onde significative, qui est la hauteur des houles sur l'océan ouvert. « Mais la corrélation entre ce que nous voyions avec les données vidéo par rapport à ce que nous voyions acoustiquement et sismiquement était beaucoup plus complexe que nous ne l'imaginions initialement », a déclaré Matoza.
Francoeur a également pu utiliser le tableau pour trianguler l'origine des signaux de petites différences dans les heures d'arrivée, une technique appelée migration inverse-temps.
« Il était intéressant pour moi que toutes les instructions semblent s'aligner sur la même région de la plage », a-t-il dit, « le plateau de roche à Coal Oil Point ».
Les auteurs soupçonnent que la bathymétrie du point force une grande proportion d'ondes à s'écraser simultanément, produisant ces oscillations de bulles synchronisées.
Opportunités futures
Les chercheurs sont curieux de savoir s'il est courant qu'un quartier d'une plage produise la plupart des infrasons, comme ils l'ont observé dans cette étude. Ils veulent également savoir si les signaux qu'ils ont détectés sont typiques de briser le surf.
« Une vague ici a-t-elle le même signal infrante que, disons, une vague à Tahiti? » Demanda Francoeur. « Et au fur et à mesure que les marées changent, à mesure que les vents changent et que les conditions changent, comment cela affecte-t-il l'infrasound produit? »
Matoza continuera à enquêter sur ces questions avec son laboratoire, une tâche rendue plus simple par l'emplacement du projet, à seulement 2,5 miles de son bureau. « Avoir ce site sur le terrain très proche du campus était vraiment une opportunité fantastique, car c'était beaucoup d'essais et d'erreurs qui essayaient de comprendre de bonnes géométries du tableau », a-t-il déclaré. « La proximité signifiait que nous pouvions rapidement déployer. »
C'est aussi une aubaine pour les carrières en herbe de ses élèves. « Ils participent à l'ensemble du flux de travail géophysique – de la collecte de données dans le domaine, du déploiement des instruments, de l'analyse des données, des tests d'hypothèse et de l'écriture du document. Et nous pouvons le faire à Goleta », a déclaré Matoza.
Il espère finalement développer un moyen de caractériser les conditions de surf uniquement à partir de signatures infrasondes et sismiques. Cela pourrait compléter les systèmes de surveillance vidéo qui peuvent être limités par l'obscurité et le brouillard.
