« Tremblements de tonnerre » ho ! À l’aide d’ondes sonores intenses générées par le tonnerre, les scientifiques ont créé des cartes de la géologie peu profonde située sous une grande université américaine.
Le géophysicien Tieyuan Zhu de Penn State et ses collègues ont analysé deux ans et demi de signaux sismiques détectés par des câbles à fibres optiques sous son campus University Park, dont plus de 450 tremblements de terre. L'équipe a ensuite converti ces signaux en images de la géologie proche de la surface sous le campus, repérant ainsi les régions où pourraient se trouver de futurs gouffres, entre autres dangers, rapporte l'équipe le 21 août dans Avancées scientifiques.
Les câbles à fibres optiques, utilisés pour les télécommunications, passent sous environ 4 kilomètres du State College, en Pennsylvanie, enfouis à environ un mètre sous terre. Comme pour tout réseau de fibres optiques, toutes ces fibres ne sont pas toujours utilisées. Et au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont exploré les moyens d’utiliser ces « fibres sombres » déjà en place comme capteurs sismiques.
En 2019, une équipe de scientifiques de Penn State a décidé d'essayer d'utiliser le réseau de fibre optique du campus pour détecter les ondes acoustiques générées par le tonnerre. Ces ondes de pression atmosphérique se propagent dans l’air, mais peuvent également transférer de l’énergie au sol, provoquant de minuscules mouvements du sol. Ces changements sismiques ne peuvent pas être ressentis par les humains mais sont détectables par les fibres très sensibles. Les fibres répondent aux vibrations sismiques en s'étirant légèrement, ce qui augmente le temps de trajet de la lumière à travers le câble – un signal détectable de mouvement du sol qui est analogue au grattage d'un sismographe enregistrant un tremblement de terre.
L'étude réalisée par l'équipe en 2019 a prouvé que les câbles peuvent détecter les ondes sismiques générées par le tonnerre. Mais maintenant, les chercheurs sont allés plus loin, révélant que ces tremblements de terre – comme les signaux sismiques classiques – peuvent être utilisés pour réaliser des images de la géologie souterraine jusqu’à environ 100 mètres.
Penn State se trouve sur un paysage karstique, criblé de cavernes et de fractures calcaires. Les nouvelles images ont révélé plusieurs zones faibles jusqu’alors non détectées dans le calcaire. L’équipe a corroboré ces résultats avec des enregistrements de forages creusés dans le sol, ainsi que des signes de déformation de surface mesurés par satellite.
Les tremblements de terre peuvent faire plus que détecter les dangers souterrains, affirment Zhu et ses collègues. Étant donné que les orages peuvent produire d’énormes signaux couvrant des dizaines de kilomètres carrés par événement, ils peuvent potentiellement être moins chers et plus faciles que les études sismiques traditionnelles, en particulier dans les villes disposant de réseaux de câbles à fibres optiques existants.
Il pourrait même être possible d'utiliser les tremblements de terre pour des études sismiques sur d'autres mondes, comme Titan, connu pour ses mégatempêtes de longue durée, explique Zhu.