Une nouvelle étude montre que des microphones suspendus à des ballons à hélium dans la stratosphère peuvent détecter les sons à basse fréquence des vagues océaniques. La nouvelle méthode est prometteuse pour détecter les signaux acoustiques des catastrophes naturelles et des explosions nucléaires qui ne peuvent pas toujours être détectés de manière fiable par des capteurs au sol, selon les auteurs de l'étude.

Infrasons, sons avec des fréquences inférieures à 20 Hertz, sont trop bas pour que les humains entendent, mais proviennent de plusieurs sources, y compris les unités de climatisation, désastres naturels, orages et vocalisations de baleines ou d'éléphants. Les scientifiques peuvent utiliser des capteurs infrasons au sol pour localiser l'emplacement et la taille des avalanches, frappes de météorites et explosions nucléaires, entre autres événements.

Mais les réseaux de microphones à infrasons au sol subissent souvent des interférences du vent et de sources humaines comme les machines à proximité, barrages ou ponts, rendant difficile la détection précise de faibles signaux infrasons provenant de sources lointaines.

Les résultats de la nouvelle étude montrent que des capteurs dans la stratosphère peuvent détecter de manière fiable les signaux infrasons sans cette interférence. Cela pourrait aider les scientifiques à mieux détecter l'origine des signaux infrasons, selon les auteurs de l'étude.

"Avec un capteur au sol, le vent souffle et crée des turbulences et provoque des distorsions, mais quand tu es poussé par le vent, cela ne crée aucun bruit puisque vous voyagez à la même vitesse que l'air autour de vous, " a déclaré Daniel Bowman, un géophysicien aux laboratoires nationaux Sandia à Albuquerque, Nouveau Mexique, et auteur principal de la nouvelle étude dans le Journal de recherche géophysique :Ambiances, un journal de l'American Geophysical Union. "Même si vous avez une rafale de vent, l'air dans la stratosphère est environ 100 fois moins dense, donc la force qu'il impose est bien moindre. Ces deux éléments combinés éliminent essentiellement le bruit [du vent] dans la stratosphère, pour autant que nous puissions en juger."

Lancer des microphones sur des ballons

A la fin des années 40, le gouvernement américain a tenté d'utiliser des capteurs embarqués sur ballon pour surveiller les essais nucléaires et les lancements de missiles balistiques pendant le projet Mogul. Ce projet est plus largement connu comme l'origine de l'incident de Roswell, dans lequel les débris de ballon ont été initialement pensés pour être le résultat d'un crash d'OVNI. Au début des années 1960, un scientifique de l'Université du Michigan a effectué plusieurs vols en ballon pour mesurer la quantité d'infrasons pouvant être entendue de la stratosphère, mais ces résultats ne sont pas bien documentés. Depuis lors, peu ou pas de recherches ont été menées sur les capteurs d'infrasons embarqués sur ballon, selon Bowman.

"Il y a eu 50 ans de rien, et en 2014, mon conseiller et moi avons installé un microphone sur un ballon au Nouveau-Mexique dans le cadre d'un projet étudiant et avons commencé à enregistrer des infrasons de cet environnement, " Bowman a déclaré. "Nous avons réalisé tardivement que nous étions vraiment les premiers à le faire depuis un bon moment."

Dans la nouvelle étude, Bowman et ses collègues ont fourni des charges utiles d'infrasons à la NASA High Altitude Student Platform (HASP), un programme annuel qui donne aux équipes d'étudiants la possibilité de réaliser des expériences sur des vols de longue durée dans la stratosphère. Lors des vols 2014-2015 au-dessus de l'Arizona et du Nouveau-Mexique, dans lequel les ballons HASP étaient équipés de microphones, ils ont détecté pour la première fois des signaux microbarométriques dans la stratosphère, dit Bowman.

Les auteurs de l'étude ont comparé les microbaromes détectés par leurs capteurs stratosphériques aux signaux des capteurs au sol. Ils ont découvert que les capteurs stratosphériques pouvaient détecter des microbarres supplémentaires et capter moins de bruit de fond que les capteurs au sol. Alors que la nouvelle étude n'a examiné que les enregistrements d'une poignée de vols, les résultats indiquent que les capteurs embarqués sur ballon sont une méthode prometteuse pour détecter d'autres infrasons, comme celles des catastrophes naturelles ou des explosions nucléaires, dit Bowman.

Les détecteurs pourraient être utilisés pour surveiller les infrasons générés par les armes nucléaires et pourraient aider à faire respecter les interdictions des armes nucléaires, dit Bowman. Les capteurs d'infrasons embarqués sur ballon pourraient également être utilisés pour détecter les infrasons dans l'atmosphère d'une planète gazeuse, ce qui pourrait aider les scientifiques à en savoir plus sur l'intérieur de cette planète et les phénomènes atmosphériques tels que les impacts de météores et le tonnerre, dit Bowman.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour améliorer les capteurs aéroportés, dit Bowman. Les chercheurs doivent choisir avec soin l'altitude et la période de l'année pour le vol du ballon afin de s'assurer qu'il se déplace au-dessus de la zone souhaitée. Parce que les détecteurs se déplacent avec le vent, les chercheurs peuvent seulement dire si le son vient du dessus ou du dessous du capteur, et ne peut pas déterminer la direction exacte d'où provient un infrason.

Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour aider à résoudre certains de ces problèmes, Bowman a déclaré que les vols initiaux discutés dans le nouveau document indiquent que la méthode a un potentiel de développement ultérieur.

"Nous ne remplacerons jamais les réseaux au sol, mais je pense que nous pouvons les augmenter considérablement, " a déclaré Bowman. " Je pense aussi que cela apporte vraiment la possibilité de l'acoustique planétaire à la réalisation, ce qui est extrêmement excitant. Je pense que nous allons voir des choses vraiment excitantes à l'avenir."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.