Une équipe de chercheurs de l'UC San Diego développe une nouvelle approche pour détecter les dommages causés aux bâtiments lors de tremblements de terre et d'autres événements extrêmes.

Ils se sont récemment réunis à la bibliothèque Geisel pour utiliser des lasers et des drones pour créer un enregistrement numérique de la structure qui servira d'évaluation de santé de base. Dans le cas où un tremblement de terre important se produirait à proximité, l'équipe se réunira à nouveau pour reprendre les mesures numériques et évaluer tout dommage au bâtiment tel que le basculement ou les fissures. (Voir la galerie de photos.)

Les informations sont destinées à fournir aux chercheurs et aux intervenants d'urgence des informations plus détaillées sur la façon dont les structures réagissent pendant les tremblements de terre - au-delà de la simple inspection visuelle des bâtiments actuellement utilisés - avant de les autoriser à rouvrir.

Selon les chercheurs de la Scripps Institution of Oceanography et de la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego qui dirigent le projet, la bibliothèque emblématique est l'endroit idéal pour commencer ce qu'ils espèrent devenir un effort pour numériser l'ensemble du campus.

« Nous utilisons ce bâtiment culturellement important sur le campus comme modèle de référence pour aider à détecter les changements structurels au fil du temps, " a déclaré Falko Kuester, professeur d'ingénierie structurelle qui est directeur de la Jacob's School Cultural Heritage Engineering Initiative (CHEI) et de DroneLab.

Pour Yehuda Bock, un chercheur distingué et directeur de l'Orbit and Permanent Array Center à Scripps Oceanography, la principale motivation de l'enquête récente de la bibliothèque Geisel était d'intégrer la surveillance structurelle dans son système prototype d'alerte précoce pour les tremblements de terre et les tsunamis.

"Notre système suit les mouvements du sol avec une précision millimétrique, ", a déclaré Bock. "Cela nous permet de détecter de gros tremblements de terre dans la première minute critique avant le début des secousses."

Il y a six mois, Bock a équipé la bibliothèque Geisel de capteurs qui mesurent en continu le mouvement du sol à partir des nombreuses failles qui sillonnent le sud de la Californie. La technique qu'il a aidé à mettre au point, appelée sismogéodésie, s'appuie sur une combinaison de récepteurs GPS et d'accélérateurs pour localiser très rapidement l'emplacement et la magnitude des tremblements de terre violents - magnitude 6,0 ou plus - avant que le tremblement dangereux ne commence.

Le projet de fin juillet impliquait près de deux heures de vols de drones dirigés par le chercheur du CHEI Eric Lo, capturer plus de 1, 000 images haute résolution de la bibliothèque Geisel qui seront transformées en un modèle photoréaliste de la structure. Le levé par drone de Lo était accompagné d'un levé au sol de plusieurs heures effectué par l'arpenteur-géomètre professionnel Richard Maher à l'aide du lidar (détection et télémétrie lumineuse), un instrument qui envoie des lumières laser pulsées sur un objet pour fournir un modèle 3D précis. En combinant ces techniques, l'équipe créera un modèle final géométriquement ainsi que visuellement détaillé et précis.

Les capteurs GPS de Bock fournissent une référence 3D précise pour relier les images drone et lidar haute résolution, permettant la détection précise des déplacements permanents subtils de l'enveloppe extérieure de la structure comme mesure de son intégrité après un événement.

Kuester dirige actuellement des équipes de recherche développant la technologie des drones pour la gestion et la réponse aux crises, ainsi que d'appliquer le travail pour étudier et aider à préserver les anciennes structures mayas au Mexique, Grottes de Néandertal en Italie, et les épaves et les récifs coralliens aux Bermudes. Pour lui, ce projet est une première étape pour créer un substitut numérique ou comme il l'appelle, un "cyber-jumeau" du campus, avant que de nouveaux bâtiments et ponts ne transforment l'apparence physique du campus à l'avenir.

Bien que Kuester regarde souvent des bâtiments anciens et des ruines, il souligne qu'"il est important de documenter également les bâtiments modernes avant que les périls du temps ou des événements extrêmes ne les détériorent ou ne créent une issue encore moins heureuse".

L'enregistrement numérique sur l'état des bâtiments tels qu'ils existent aujourd'hui fournit une base de comparaison pour l'avenir à mesure qu'un bâtiment vieillit, ou en cas d'incendie, tremblement de terre ou autre danger naturel, données exploitables, selon les chercheurs, pour réagir rapidement et atténuer les risques.

Quelques minutes après avoir terminé les vols de drones, Lo avait une vue rotative rapide à 360 degrés du bâtiment de forme géométrique à partir des images recueillies pendant les vols pour une vue en 3D.

Une autre motivation importante pour Bock et Kuester est d'impliquer les étudiants dans des projets de recherche du monde réel, à la fois sur place et comme outils d'enseignement en classe.

« En tant qu'éducateur, il est important que j'expose mes élèves à des conditions réelles, " a déclaré Falko. "La contribution à la science doit être utile et utilisable."

Kuester et Lo transformeront également l'imagerie du drone en une expérience de réalité virtuelle pour ceux qui souhaitent voler eux-mêmes à l'extérieur de la bibliothèque.

Bock et Kuester espèrent que le projet attirera plus d'intérêt et de financement pour surveiller sismiquement et archiver numériquement tous les bâtiments du campus de l'UC San Diego.

Pendant ce temps, au laboratoire de Bock à Scripps Oceanography, les données de surveillance sismique sont retransmises en continu en temps réel. Quand le prochain puissant tremblement de terre frappera, le système l'alertera d'abord du signal primaire, appelée onde P, qui indique qu'un tremblement de terre a eu lieu, et que l'onde S destructrice, le responsable du fort tremblement de terre, est de quelques secondes à quelques minutes. Le GPS et les capteurs sismiques de la bibliothèque Geisel indiqueront rapidement si elle a subi des secousses et des déplacements importants.

Pour Bock et Kuester, la façon dont ces bâtiments et d'autres réagissent aux influences extérieures est un élément important pour mieux nous préparer en tant que société aux événements extrêmes à l'avenir.