Le Pacifique Nord-Ouest possède un vaste réseau de plus de 600 stations de surveillance sismique qui aident les chercheurs à suivre les phénomènes tectoniques et volcaniques, y compris les tremblements de terre.
Ces données fournissent des informations clés sur les défauts régionaux et alimentent les systèmes d'alerte précoce, ce qui peut donner à une communauté des moments précieux pour se préparer avant une catastrophe naturelle. Une menace significative pour cette région, cependant, se trouve des miles au large, où la plaque Juan de Fuca est sous-évaluée sous l'assiette nord-américaine, formant la zone de subduction de Cascadia.
La surveillance de l'activité aux défauts du plancher de l'océan est difficile et les méthodes existantes ne donnent pas souvent suffisamment de données pour des analyses détaillées.
Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs expérimentent une technique appelée détection acoustique distribuée, ou DAS, qui consiste à mesurer les vibrations du fond océanique avec des câbles à fibre optique, qui tapissent le fond océanique pour les télécommunications mondiales.
Les avancées récentes permettent aux chercheurs de collecter des données à partir de câbles vivants et d'utiliser l'intelligence artificielle pour capturer des tremblements de terre distants qui autrement échapperaient à un avis.
Dans une étude publiée dans Lettres de recherche sismologique, Des chercheurs de l'Université de Washington ont exploité le réseau câblé régional de l'Ocean Obserative Initiative, qui couvre la frontière de la plaque offshore et transmet les données via un câble à fibre optique.
Contrairement aux expériences précédentes qui s'appuyaient sur des « fibres sombres » hors ligne pour la collecte de données, cette nouvelle étude démontre que la technologie DAS peut fonctionner sans interférer avec le réseau OOI.
« Ce que nous avons créé est le point de départ de toute analyse du tremblement de terre », a déclaré le co-auteur Marine Denolle, professeur agrégé de l'UW au département des sciences de la terre et de l'espace. « Une fois que notre algorithme d'IA a amélioré les données, nous pouvons réellement utiliser les Wiggles pour faire de la science. »
Le réseau câblé à fibre optique a attiré l'attention des chercheurs au cours de la dernière décennie, lorsqu'ils ont réalisé son potentiel d'enregistrement des données de terre solides. Les câbles transmettent des bits d'informations sur de grandes distances sous forme de photons ou de particules de lumière.
Un capteur – appelé un interrogateur – tend une impulsion de lumière dans le câble, mais les imperfections dans le noyau provoquent parfois la lumière vers la lumière vers l'origine du signal.
Des perturbations près du câble peuvent assommer les particules déviées hors parcours, et lorsqu'ils reviennent à l'origine, les chercheurs tracent leur chemin pour localiser les perturbations.
« Lorsque le tremblement de terre est petit ou lointain, l'énergie sur le câble est relativement faible par rapport à l'océan, et le signal est enterré dans le bruit de fond », a déclaré le co-auteur Qibin Shi, un ancien chercheur postdoctoral de l'UW dans le département des sciences de la Terre et de l'espace qui est maintenant un séismologue à l'Université Rice.
Dans une étude précédente, les chercheurs de l'UW ont développé un algorithme qui isole le signal et l'amplifie jusqu'à 2,5 fois le bruit de fond. Tout ce qu'ils ont à faire est de laisser l'algorithme explorer les données et il apprendra à reconnaître le signal – dans ce cas, un tremblement de terre.
Les chercheurs ont utilisé des données de 285 tremblements de terre survenus dans l'entrée Cook de l'Alaska en 2023 comme ensemble de données de formation.
« Un modèle bien formé identifiera les tremblements de terre que l'œil humain ne peut pas voir », a déclaré Shi. « Cela marque la première étape vers un modèle fondamental à usage général pour les tremblements de terre »
Pour confirmer qu'il filtrera également les données collectées ailleurs, les chercheurs ont validé leur modèle sur le site de test de l'Oregon, à l'aide d'un câble vivant. Des expériences précédentes, y compris le test run en Alaska, ont provocée des données à partir de câbles inactifs ou de fibres sombres.
Dans l'Oregon, les chercheurs ont démontré qu'ils pouvaient collecter des données de haute qualité pendant que les câbles transmettaient des données. Ils se sont branchés sur le réseau câblé régional de l'Observatoire Ocean, qui contient des câbles à fibre optique, et a réglé l'algorithme à la fréquence des ondes sismiques provenant de tremblements de terre de petite à moyenne de taille moyenne.
Les chercheurs ont ensuite retracé le signal vers des régions spécifiques de la zone de subduction et ont identifié l'emplacement précis d'un tremblement de terre.
« C'est le plus proche que nous pouvons arriver là où se trouve l'action », a déclaré Denolle. « Donc, pour répondre aux questions scientifiques, pour la surveillance et pour les précoces de tsunami et de tremblements de terre, c'est notre meilleur coup. »
Le système est également portable, nécessitant juste une quantité modeste de puissance de calcul pour fonctionner.
La récente expérience de l'Oregon n'a duré que trois jours et a produit de grands volumes de données de haute qualité, sans doute plus que l'équipe ne sait quoi faire, a ajouté Denolle.
Leur défi consiste maintenant à comprendre comment gérer les données. Les deux ensembles de données ont été publiés gratuitement pour accéder, et celui de l'Alaska est les plus grandes données d'un seul site. L'équipe est maintenant en train de négocier des placements permanents pour son système de surveillance et d'explorer les collaborations.
« C'est l'avenir », a déclaré Denolle. « Nous allons comprendre la tectonique des plaques en étudiant de petits tremblements de terre et ce système nous donne un accès sans précédent à ces données. »
