La Corée du Nord aurait effectué un essai de bombe à hydrogène. Les ondes de choc sismiques du test souterrain ont été ressenties en Chine, et rapidement détecté par la Corée du Sud et le Japon - tous deux ont confirmé indépendamment qu'il s'agissait d'un essai nucléaire. Alors, que peut nous dire la science sismique sur de tels tests ?

Quelle est l'histoire de l'utilisation des techniques sismiques pour surveiller les essais nucléaires ?

L'utilisation de ce qu'on appelle la « sismologie médico-légale » pour détecter et identifier les essais nucléaires remonte presque à la naissance des armes nucléaires elles-mêmes. En 1946, les États-Unis ont mené le premier essai sous-marin d'une bombe nucléaire sur l'atoll de Bikini dans l'océan Pacifique. Les ondes de choc créées par l'énorme explosion ont été captées par des sismomètres du monde entier, et les scientifiques ont réalisé que la sismologie pouvait être utilisée pour surveiller ce genre de tests.

En 1963, au plus fort de la guerre froide, les essais nucléaires se sont déplacés sous terre. Les ondes sismiques des essais souterrains sont plus difficiles à détecter, parce que les secousses ressenties sur de si longues distances sont très faibles – seulement environ un millionième de centimètre.

Pour mesurer les ondes des essais souterrains, les scientifiques ont développé des instruments de sismomètre plus sensibles et ont commencé à installer des réseaux sismiques, où plusieurs sismomètres sont déployés à quelques kilomètres les uns des autres. Un réseau sismique est mieux à même de détecter les petites vibrations d'une source particulière qu'un seul sismomètre, et peut également être utilisé pour déterminer avec une plus grande précision l'origine des vagues.

En 1996, le Traité d'interdiction complète des essais (TICE) a été ouvert à la signature, visant à interdire toutes les explosions nucléaires. Pour faire respecter ce traité, l'Organisation TICE basée à Vienne met en place un système de surveillance international avec plus de 50 stations de surveillance sismique pour détecter les essais nucléaires n'importe où sur Terre.

Ce système n'utilise pas seulement des sismomètres. Les instruments à infrasons écoutent les ondes sonores à très basse fréquence, inaudible à l'oreille humaine, générés par des explosions nucléaires potentielles dans l'atmosphère; les instruments hydroacoustiques écoutent les ondes sonores voyageant sur de longues distances à travers les océans générées par les explosions sous-marines, et les détecteurs de radionucléides "reniflent" les gaz radioactifs libérés par un site d'essais nucléaires.

Que recherchent les moniteurs sismiques ?

Toute sorte de tremblement de terre ou d'explosion, qu'elles soient naturelles ou artificielles, produit différentes sortes d'ondes de choc qui traversent la Terre et peuvent être détectées par des sismomètres, qui peut mesurer de très petits mouvements de terrain. Les vagues les plus rapides à arriver sont les vagues primaires (ondes P), suivi d'ondes secondaires (ondes S), qui voyagent profondément à travers la Terre. Viennent ensuite les ondes de surface plus lentes, qui provoquent le plus de secousses ressenties au niveau du sol car elles ne se déplacent que près de la surface.

Les sismomètres utilisent la différence entre les temps d'arrivée des différents types d'ondes pour déterminer à quelle distance un tremblement de terre ou une explosion s'est produit, et à quelle profondeur se trouvait sa source. Ils peuvent également mesurer la puissance du séisme (sa magnitude).

Comment les sismologues font-ils la distinction entre une explosion et un tremblement de terre ?

Il y a un certain nombre de façons de le faire. L'une consiste à mesurer la profondeur à laquelle le séisme s'est produit. Même avec la technologie de forage moderne, il n'est possible de placer un engin nucléaire qu'à quelques kilomètres sous terre; si un séisme survient à plus de 10 km de profondeur, nous pouvons être certains qu'il ne s'agit pas d'une explosion nucléaire.

Les études sur les nombreux essais nucléaires qui ont eu lieu pendant la guerre froide montrent que les explosions génèrent des ondes P plus importantes que les ondes S par rapport aux tremblements de terre. Les explosions génèrent également des ondes de surface proportionnellement plus petites que les ondes P. Les sismologues peuvent donc comparer la taille des différents types d'ondes pour tenter de déterminer si les ondes proviennent d'une explosion ou d'un séisme naturel.

Pour des cas comme la Corée du Nord, qui a effectué une séquence d'essais nucléaires depuis 2006, nous pouvons comparer directement la forme des ondes enregistrées à partir de chaque test. Comme les tests ont tous été menés sur des sites situés à quelques kilomètres les uns des autres, les vagues ont une forme similaire, ne différant que par l'ampleur.

Que peut nous dire la sismologie sur le test le plus récent ?

Les données sismologiques peuvent nous dire s'il y a eu une explosion, mais pas si cette explosion a été causée par une ogive nucléaire ou des explosifs conventionnels. Pour confirmer définitivement qu'une explosion était nucléaire, nous devons nous appuyer sur la surveillance des radionucléides, ou des expériences sur le site d'essai lui-même.

De la même manière, on ne peut pas explicitement faire la différence entre une bombe à fission nucléaire et une bombe thermonucléaire à hydrogène, nous ne pouvons pas non plus dire si une bombe est assez petite pour être montée sur un missile, comme le prétend le gouvernement nord-coréen.

Ce que nous pouvons obtenir des données est une idée de la taille de l'explosion. Ce n'est pas simple, car la magnitude des ondes sismiques et leur relation avec la puissance explosive de la bombe dépendent beaucoup de l'endroit exact où le test a eu lieu, et à quelle profondeur sous terre. Mais dans le cas de ce dernier test, nous pouvons directement comparer l'ampleur aux précédents tests nord-coréens.

Cette dernière explosion est considérablement plus puissante que le dernier test du nord en septembre 2016; le centre norvégien de surveillance sismique, NORSAR, estime une explosion équivalente à 120 kilotonnes de TNT. En comparaison, les bombes larguées sur Hiroshima et Nagasaki en 1945 ont produit respectivement des explosions de 15 et 20 kilotonnes.

Quelle est la fiabilité de la technologie ?

Malgré les mises en garde ci-dessus, l'amélioration de la sensibilité des instruments disponibles et l'augmentation du nombre de stations de surveillance font qu'il existe désormais un réseau très fiable en place pour détecter les essais nucléaires n'importe où sur la planète.

Même si le Traité d'interdiction complète des essais n'est pas en vigueur, l'expertise scientifique de ceux qui enquêtent sur de tels événements s'améliore constamment. Le fait que les agences de surveillance au Japon et en Corée du Sud aient confirmé ce dernier test en quelques heures montre à quel point il peut être impressionnant.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.