Un nombre croissant de sismologues utilisent des câbles à fibres optiques pour détecter les ondes sismiques sur Terre. Mais quel serait l'impact de cette technologie sur la Lune, et que nous apprendrait-elle sur les couches profondes de notre plus proche voisin dans l'espace ?
Dans Lettres de recherche sismologique, Wenbo Wu de l'Institut océanographique de Woods Hole et ses collègues explorent l'idée de déployer un réseau sismique à fibre sur la Lune, discutant de certains des défis à surmonter.
Ils testent également cet hypothétique réseau à l'aide de sismogrammes artificiels créés à partir des données collectées par les sismomètres placés à la surface de la Lune par les missions Apollo. Sur la base de leurs résultats, Wu et ses collègues affirment qu'un réseau sismique à fibre pourrait identifier le type d'ondes sismiques qui fourniraient plus d'informations sur la structure profonde du noyau de la Lune.
Les quatre sismomètres placés sur la Lune entre 1969 et 1976 par les missions Apollo ont détecté des milliers d'événements sismiques sur sept ans sur la face visible de la Lune. Ces événements comprenaient des tremblements de lune peu profonds et profonds, ainsi que des impacts de météorites.
Les données sismiques d'Apollo comportaient cependant quelques questions sans réponse :qu'est-ce qui explique le mystérieux manque de tremblements de lune détectés sur la face cachée de la Lune ? Et pourquoi les sismomètres Apollo ont-ils détecté des tremblements de lune se produisant entre 700 et 1 100 kilomètres sous la surface, à une profondeur sur Terre où la chaleur et la pression entraîneraient une déformation plastique au lieu de la rupture fragile d'un tremblement de terre ?
Répondre à ces questions nécessitera le déploiement de beaucoup plus de sismomètres dans un environnement difficile pour collecter des événements sismiques supplémentaires, une tâche pour laquelle les réseaux sismiques à fibre sont bien adaptés, suggèrent les chercheurs.
Wu et ses collègues proposent d'utiliser la détection acoustique distribuée, ou DAS, pour un réseau de nouvelle lune. DAS utilise les minuscules défauts internes d’une longue fibre optique comme capteurs sismiques. Un instrument appelé interrogateur situé à une extrémité de la fibre envoie des impulsions laser le long du câble qui sont réfléchies par les défauts de la fibre et renvoyées vers l'instrument. Lorsque la fibre est perturbée par une activité sismique, les chercheurs peuvent examiner les changements dans les impulsions réfléchies pour en savoir plus sur les ondes sismiques qui en résultent.
"Il s'agit d'un réseau sismique très dense", a déclaré Wu. "Un seul câble peut vous fournir des milliers de capteurs individuels."
L’un des plus grands défis pour la sismologie lunaire est la couverture poreuse et fracturée de décombres appelée régolithe qui recouvre la surface de la Lune. Certaines des premières ondes sismiques détectées après un tremblement de lune sont dispersées par cette couche, et la diffusion obscurcit les ondes arrivant plus tard qui pourraient fournir plus d'informations sur les profondeurs de la lune.
Les données collectées par les milliers de capteurs d'un réseau DAS peuvent être comparées dans une technique de traitement du signal appelée empilement de réseaux, démontrent Wu et ses collègues. Cette technique permet de séparer "les signaux profonds cachés dans les ondes dispersées" et les autres sources de bruit sismique étranger, a expliqué Wu.
Lorsque l'équipe a utilisé cette technique sur les sismogrammes artificiels, elle a pu récupérer une phase d'onde sismique appelée ScS, qui est un cisaillement ou une onde S qui se déplace de l'origine du tremblement de terre vers le noyau de la lune avant d'être réfléchie jusqu'à la surface. /P>
Wu a déclaré qu'il était important de mener ce type d'expériences avant de déployer un véritable réseau de fibres sur la Lune. "Avant un lancement, il doit y avoir des simulations numériques robustes de la propagation des ondes", a-t-il déclaré. "Nous faisons nos devoirs pour savoir si nous pouvons obtenir les données et quel genre de choses nous pouvons faire avec ces données."
Si les chercheurs parviennent à trouver des moyens d'alimenter et de réparer un réseau sismique à fibre lunaire, le réseau pourrait fonctionner pendant des années, a noté Wu. "Sur Terre, si l'électricité est bonne, nous pouvons la faire fonctionner pendant des décennies."
Dans l'article, les chercheurs suggèrent qu'il serait possible de combiner le DAS avec d'autres programmes lunaires proposés, comme placer un radiotélescope, qui nécessiterait déjà des câbles à fibres optiques pour se connecter à une antenne, sur la face cachée de la Lune.
"Si nous pouvons combiner ces projets pour réduire les coûts, cela augmenterait vraiment les chances de les réaliser et d'avoir un impact scientifique maximal", a déclaré Wu.
Plus d'informations : Wenbo Wu et al, Réseau sismique à fibres sur la Lune, Seismological Research Letters (2024). DOI :10.1785/0220230067
Informations sur le journal : Lettres de recherche sismologique
Fourni par la Seismological Society of America
