L'impact d'un tremblement de terre sur les personnes et les biens dépend non seulement des caractéristiques du séisme telles que la magnitude et la profondeur, mais également des conditions locales du sol, qui contribuent à ce que l'on appelle « l'effet de site ». La cartographie de l'effet de site à haute résolution spatiale dans un contexte urbain est cruciale pour comprendre quelles zones et quels bâtiments sont les plus à risque ou soumis à des contraintes plus importantes lors d'événements sismiques ultérieurs.
Une étude publiée dans Communications naturelles Dr. Fabrice Cotton (Centre de géosciences GFZ Helmholtz, Allemagne) et Dr. Rémy Bossu (Centre sismologique européen-méditerranéen, France) révèle une avancée majeure : les smartphones des citoyens peuvent être utilisés pour créer des cartes d'amplification de sites très détaillées. Grâce à leurs accéléromètres intégrés (les mêmes capteurs qui permettent les jeux interactifs), les smartphones peuvent détecter les vibrations sismiques.
En combinant des milliers de ces mesures de la région italienne des Campi Flegrei avec une modélisation statistique, les chercheurs montrent qu'il est possible de cartographier la façon dont la géologie locale amplifie les secousses, atteignant un niveau de détail bien au-delà de ce que les stations sismiques seules peuvent fournir. Ces informations fournissent une contribution essentielle à l’évaluation des risques sismiques et soutiennent les interventions d’urgence en cas de tremblement de terre.
Nouvelle approche basée sur le Earthquake Network (EQN), une initiative de science citoyenne
Cette nouvelle approche s'appuie sur le Earthquake Network (EQN), une initiative scientifique citoyenne lancée en 2013 par Finazzi. EQN, qui a impliqué jusqu'à présent plus de 20 millions de citoyens, fait partie d'un effort mondial en cours visant à utiliser les smartphones pour la surveillance sismique en temps réel et l'alerte précoce. Lorsqu'un tremblement de terre se produit, les téléphones participants détectent les secousses et envoient des signaux à un serveur central. En quelques secondes, des alertes peuvent être émises aux utilisateurs des zones environnantes, leur donnant un temps précieux – parfois plus d’une demi-minute – pour se mettre en sécurité avant l’arrivée de fortes secousses.
Bien que les smartphones se soient révélés utiles pour la surveillance sismique, la question de savoir s’ils pouvaient être utilisés pour cartographier les secousses du sol restait en suspens. En fait, les accéléromètres des smartphones mesurent le mouvement différemment des instruments sismiques, car les lectures sont influencées par les caractéristiques du bâtiment, l'emplacement de l'appareil et son emplacement.
Pour exploiter la structure de corrélation entre les enregistrements des smartphones et des stations, les auteurs ont appliqué un modèle statistique spatial. La méthode fait la moyenne des effets spécifiques à l’appareil et au bâtiment, permettant ainsi au modèle d’amplification sous-jacent d’émerger. Même si les enregistrements individuels des smartphones sont bruités, l’agrégation de milliers de mesures et leur fusion avec des données sismologiques classiques donnent des cartes d’amplification fiables à haute résolution.
Première carte d'amplification haute résolution de la région test Campi Flegrei, Italie
La région des Campi Flegrei, près de Naples, en Italie, qui abrite environ 500 000 personnes dans une zone volcanique et sismique à haut risque, a constitué le banc d'essai idéal pour cette nouvelle approche. Entre avril et juin 2024, la région a connu une période d’activité sismique accrue qui a mis les citoyens et les administrateurs locaux sous pression. 7 000 à 9 000 habitants dans les 130 km2 La « zone rouge » a activement fourni des données via EQN, contre seulement 29 stations sismiques traditionnelles dans la même zone. L'analyse de ces données a permis aux chercheurs de produire la première carte d'amplification haute résolution de la « zone rouge ».
« Le réseau de smartphones EQN est de haute densité et couvre les zones de la zone rouge où aucune station n'est installée. Cela permet de capturer la variabilité des secousses du sol avec une résolution spatiale plus élevée sur toute la zone rouge », explique Finazzi, premier auteur de l'étude.
La carte d'amplification obtenue montre que l'amplification des ondes due aux couches superficielles varie d'un facteur compris entre 0,25 et 0,5 dans la partie orientale de la zone – ce qui équivaut effectivement à un amortissement – à un facteur compris entre 2 et 3 au sud-ouest – ce qui équivaut effectivement à une amplification – sur une distance de seulement 10 km.
Crucial pour les équipes d’intervention d’urgence
Dans le cas d'un nouveau tremblement de terre, les cartes d'amplification, basées sur les données passées des smartphones, et les nouvelles mesures d'accélération des smartphones spécifiques à un événement peuvent être utilisées pour générer ce que l'on appelle des « ShakeMaps » haute résolution de cet événement, c'est-à-dire des cartes montrant l'intensité des secousses dans différentes zones. Ces Shake Maps sont devenues un outil essentiel pour évaluer l’impact d’un tremblement de terre récent ou pour les études de scénarios d’événements futurs, et elles sont cruciales pour guider les équipes de secours, estimer les dégâts et organiser les interventions d’urgence.
« Avec la croissance des populations urbaines dans le monde entier et le besoin urgent de ShakeMaps haute résolution, cette étude montre que la combinaison des données de l'accéléromètre des smartphones des citoyens avec les observations du réseau sismique permet de générer des ShakeMaps haute résolution spécifiques au site dans les zones urbaines densément peuplées. Cela améliore la caractérisation du mouvement du sol dans l'environnement bâti, où le risque sismique est concentré », résume le co-auteur, le professeur Dr. Cotton, responsable de la section 2.6 du GFZ sur les risques et risques sismiques. Dynamique.
