Le câble à fibre optique déployé sur un glacier suisse a détecté les signaux sismiques des crevasses qui s'ouvrent sur la glace, confirmant que la technologie pourrait être utile pour surveiller ces ciseaux de glace, selon un rapport de la réunion annuelle de la Society of America de l'Amérique.
La crevasse est importante pour la stabilité des glaciers, d'autant plus qu'ils offrent une voie pour que les eaux de fonte pour atteindre le lit rocheux du glacier accélèrent le mouvement du glacier et améliorent la fonte. L'environnement sévère d'un glacier crevassé, cependant, rend difficile la mise en place d'instruments sismiques traditionnels pour mesurer les pieds de glace.
La source des signaux sismiques dans un quéquarement ice diffère des forces de cisaillement d'un tremblement de terre tectonique ou de la source explosive d'une détonation chimique ou nucléaire, a expliqué Tom Hudson de Eth Zürich. Une crevasse est une « source de crack, où vous avez une pure ouverture d'une fracture juste dans une direction », a-t-il déclaré.
La nouvelle étude de Andreas Fichtner de Hudson et Eth Zürich, qui a présenté la recherche lors de la réunion, et ses collègues « est un cas de test réel de détection de ce type de sismicité de fracture de fissure d'ouverture dans le sous-sol à l'aide de la fibre optique », a déclaré Hudson. « C'est à peu près aussi proche que possible à une source sismique. Nos tremblements de terre Crevasse sont à moins de dix mètres du câble à fibre optique, ce qui est assez rare. »
Le succès suggère que la détection de fibre optique pourrait s'avérer utile pour surveiller des fissures similaires qui pourraient s'ouvrir dans la roche d'un réservoir de stockage de carbone ou d'un système d'énergie géothermique, a-t-il noté.
« Parce que la glace est un milieu plus simple sismique que le rock, il a une structure de vitesse bien connue et nous pouvons vraiment interroger la physique source », a déclaré Hudson. « Donc, si nous pouvons le faire dans cet environnement plus simple, alors l'espoir est que nous pouvons peut-être commencer à penser à le faire dans un environnement plus complexe. »
Les chercheurs ont déployé la grille 2D dense de fibres dans un champ de crevasse sur Gornergletscher, le deuxième plus grand glacier en Suisse. Hudson a déclaré que l'équipe avait eu de la chance avec les conditions pendant le déploiement. Ils ont positionné le câble juste au moment où les saisons se tournaient de l'été à l'hiver, donc il n'y avait pas de neige et que les chercheurs pouvaient éviter les dangers de trébucher dans une crevasse couverte.
L'un des principaux défis de la collecte de données sismiques avec un câble à fibre optique est de s'assurer que le câble a un bon contact ou est « couplé » avec le sol sur lequel il se trouve.
« Il faisait encore assez chaud pendant la journée que la fibre deviendrait chaude et fondrait un peu dans le glacier, car la fibre est noire par rapport à la glace. Et puis lorsque la fibre a fondu, il faisait assez froid pour qu'il se fige en place pendant la nuit », a expliqué Hudson. « Nous avons donc réellement obtenu le meilleur couplage que vous pourriez probablement espérer en termes de fusion de fibres puis de congélation. »
L'équipe a détecté et localisé 951 ICETAKES, avec leurs formes d'onde sismiques contenant de fortes oscillations ou coda après l'arrivée des ondes de surface sismique. Ces oscillations peuvent se produire lorsqu'il y a de l'eau à l'intérieur d'une crevasse, avec le mouvement de l'eau pendant le tremblement de terre créant un signal résonnant. Mais l'analyse par Hudson et ses collègues suggère que les oscillations sont plus susceptibles de la résonance créée par des ondes sismiques « alors qu'ils rebondissent entre les fractures » de plusieurs crevasses dans le champ de la crevasse, a déclaré Hudson.
Les chercheurs ont également comparé les données de la grille de fibre optique aux données d'un déploiement plus traditionnel de nœuds sismiques. Le câble à fibre optique offre près de 20 fois le volume de données du réseau de nœuds.
« Vous avez des défis de traitement des données, mais vous avez beaucoup plus de données, ce qui vous permet de voir essentiellement le champ d'onde complet dans les données elle-même, ce qui est assez inhabituel », a déclaré Hudson.
Un autre avantage de l'utilisation de câbles à fibre optique est qu'ils sont sensibles à une plus grande gamme de fréquences de signal, y compris des signaux à basse fréquence qui durent des heures voire des jours, ce qui permet aux sismologues de mesurer la flexion de la glace dans le temps, a-t-il noté.
Hudson aimerait utiliser la fibre optique pour mesurer la structure de vitesse de la glace et développer une image 3D de son sous-sol, a-t-il déclaré.
« Je veux vraiment quantifier l'étendue de la fracture, la densité de fracture, et voir à quel point la glace est endommagée dans ce domaine », a-t-il expliqué, « afin que nous puissions voir où les images sont générées par les fractures. Nous n'avons pas encore quantifié combien de fractures il y a et quelle est la taille, donc c'est l'espoir à l'avenir. »
