Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de Penn State.
En utilisant des câbles de communication existants enterrés à quelques mètres à quelques mètres sous le sol sous le campus University Park de Penn State, l'équipe a développé une nouvelle façon d'utiliser la technologie de détection acoustique existante. L'approche, récemment détaillée dans le Journal of Geophysical Research: Solid Earthpeut tracer des zones fracturées – comme des gouffres – aussi profondes que des centaines de pieds sous la surface de la Terre.
La méthode des chercheurs implique un outil qu'ils ont développé appelé interrogateur de détection acoustique distribuée (DAS), qu'ils attachaient à un câble de fibre optique de télécommunications préexistant qui s'étendait à environ quatre milles de l'Université. L'interrogateur DAS a tiré un faisceau de lumière à travers le câble, capturant les signaux acoustiques partout. Étant donné que le campus est animé d'activité, les chercheurs ont développé une série de méthodes de calcul pour isoler les ondes sonores qui étaient en corrélation à la densité des rochers et en omettant des sons générés par les voitures, les étudiants ou la construction.
« Nous, les géoscientifiques, pensons souvent aux intrants tels que le trafic quotidien comme le bruit dans les données. Cependant, nos recherches montrent que le soi-disant » bruit de déchets « est très utile », a déclaré Tieyuan Zhu, professeur agrégé de géophysique et co-auteur correspondant de l'article. « Nous pouvons compter sur ces signaux pour repérer les géohazards d'une manière beaucoup plus abordable et efficace que les méthodes traditionnelles. »
Traditionnellement, les instruments appelés géophones sont utilisés pour mesurer la densité du sol. Ces outils sont coûteux, nécessitent un déploiement humain et créent un point de données solitaire. La nouvelle approche, transformant le trafic quotidien en ondes de surface sismique à l'aide d'une corrélation croisée, peint une image détaillée de la vitesse des vagues de surface sous le câble et offre un maillage de points de données, ont déclaré les chercheurs.
Imaginez crier dans le Grand Canyon. La distance à laquelle votre voix parcourt avant qu'il ne résonne en arrière en révélant beaucoup sur la profondeur et la distance du canyon. Le son se déplace à travers le sol de la même manière. Plus le rocher est dense, plus l'onde sonore se déplace à travers.
Le travail de preuve de concept a vraiment frappé la maison après que les chercheurs ont signalé une zone de basse densité qui avait le potentiel de produire un gouffre profondément sous la surface. Dans la modélisation des signaux acoustiques, la zone du campus s'affiche comme une structure à faible vitesse qui est beaucoup moins dense que le sol qui l'entoure à la même profondeur, ont suggéré les chercheurs dans l'article.
La géologie karstique de la région – les grottes, les roches à basse densité, les ressorts et d'autres caractéristiques de paysage commune à travers la Pennsylvanie – est connue pour ses roches solubles, principalement le calcaire et la dolomite, qui sont affaiblies par l'eau acide, ce qui n'a pas été une grande surprise pour repérer ce qui semble être une zone de faible densité, a déclaré Zhu.
Les professionnels du bureau de l'usine physique de Penn State et de leurs entrepreneurs ont examiné les données des chercheurs et ont déterminé qu'il n'y a pas de danger imminent pour les structures sur le campus en raison du vide souterrain potentiel.
Zhu a ajouté que la technique pourrait s'avérer utile dans la planification future. La technologie DAS est déjà déployée à plus grande échelle pour aider à prévenir les catastrophes à Pittsburgh.
« Les gouffres sont répandus en Pennsylvanie et au-delà », a déclaré Zhu. « Ce qui rend cette recherche particulièrement puissante, c'est qu'elle transforme le bruit de la circulation quotidien – quelque chose entièrement libre – dans un outil pour localiser les géohazards. En utilisant les câbles à fibre optique existants déjà en place comme capteurs, nous pouvons fournir un moyen abordable et évolutif d'évaluer les risques et d'aider à prévenir les menaces futures pour les Pennsylvaniens. »
Zhinong Wang, un érudit postdoctoral en géosciences, a co-écrit la recherche. La recherche fait partie du projet de fibre optique pour le sens de l'environnement (FOREEE), dirigée par ZHU, qui recueille des données de vibration acoustique à haute résolution utilisant des câbles de télécommunications souterraines. Des recherches antérieures ont démontré la capacité d'aider à l'extraction d'énergie, à des prévisions météorologiques sévères et même à suivre le score d'un match de football de Penn State au Beaver Stadium.
