Une décennie après avoir commencé à travailler sur un système d'alerte précoce aux tremblements de terre, des scientifiques et des ingénieurs peaufinent un prototype de la côte ouest des États-Unis qui pourrait être d'un usage public limité en 2018.

Dans deux articles publiés le 6 décembre dans Lettres de recherche sismologique , les chercheurs décrivent les composants clés et la plate-forme de test du prototype du système ShakeAlert, actuellement testé en Californie, Oregon et Washington.

Le développement de ShakeAlert a montré qu'un réseau dense de stations sismiques, transfert rapide des données sismiques vers une station centrale de traitement et d'alerte, des voies rapides pour diffuser les informations d'alerte aux utilisateurs, et l'éducation et la formation sur la façon d'utiliser les alertes sont toutes nécessaires pour un système d'alerte précoce solide, dit Monica Kohler, un membre du corps professoral de recherche Caltech dans le département de génie mécanique et civil.

Bien que ShakeAlert ait été développé pour la côte ouest, un système similaire pourrait être utilisé pour l'alerte précoce aux tremblements de terre dans des endroits comme l'Alaska, Hawaï et même dans des endroits comme l'Oklahoma où les tremblements de terre induits sont la principale source de dommages sismiques. « Nous avons reçu des questions du type « pouvons-nous essayer votre système là où nous vivons ? » ou « pouvons-nous porter votre système ? » », a déclaré Kohler. "La réponse en théorie est oui, mais il doit y avoir certains éléments clés en place."

Plus de gares, vitesses plus rapides

ShakeAlert a été développé à l'aide de données sismiques collectées par l'Advanced National Seismic System (ANSS), une collection nationale de réseaux sismiques soutenue par le U.S. Geological Survey. Environ 760 stations sismiques contribuent maintenant à ShakeAlert. L'une des priorités « en tête de liste » pour améliorer l'alerte précoce sur la côte ouest, dit Kohler, serait l'ajout de près de 1000 stations supplémentaires dans ces réseaux.

"Des parties de Los Angeles et de San Francisco sont assez bien couvertes par les stations du réseau régional, mais de nombreuses régions de Californie, Washington et l'Oregon ne sont pas très bien couverts, " a expliqué Kolher. " Il y a des fonds en cours pour mettre en place de nouvelles stations, mais pour le moment, il ne suffit pas de compléter les réseaux régionaux nécessaires à l'alerte précoce aux tremblements de terre dans sa forme la plus robuste. »

Pour pallier une partie de ce manque à gagner, le système ShakeAlert teste l'utilisation d'accéléromètres « volontaires », principalement dans la région de Los Angeles, qui sont suffisamment sensibles pour détecter les tremblements de terre et peuvent être branchés dans une entreprise ou à la maison, contournant les permis et l'installation plus coûteux nécessaires pour une station sismique à grande échelle.

Même dans les endroits où un réseau dense de gares existe déjà, certaines stations ne disposent pas d'une télémétrie haute vitesse et fiable - les capacités de communication de données qui incluent tout, des ondes radio aux satellites et à l'Internet commercial pour envoyer des signaux sismiques à un centre de traitement de données central en temps réel. "Avec l'alerte précoce aux tremblements de terre, le nom du jeu est rapide, " a déclaré Kohler. " Les signaux envoyés au traitement central doivent être rapides, et le centre de traitement doit à son tour pouvoir envoyer des alertes à ses utilisateurs assez rapidement pour être utiles. Une partie du financement nécessaire à l'alerte précoce aux tremblements de terre doit être consacrée à la mise à niveau de la télémétrie existante. »

Algorithmes améliorés

Les algorithmes de ShakeAlert estiment maintenant une "source ponctuelle" pour un tremblement de terre, mais "nous travaillons sur la capacité d'incorporer des algorithmes capables de gérer de très gros tremblements de terre qui se produisent d'une manière qui ne peut pas être approchée à un seul point, ", a déclaré Kohler.

La version actuelle du système, elle a dit, réussit moins bien à fournir des alertes utiles sur les séismes qui rompent une longue section d'une faille et évoluent dans le temps, comme le tremblement de terre M9.1 2011 de Tohoku au Japon.

L'équipe ShakeAlert a également testé le système contre des événements sismiques passés et en temps réel, en regardant sa capacité à déterminer des paramètres tels que la magnitude du séisme, épicentre et heure d'origine, et combien de temps s'écoule entre le début du séisme et le moment où un utilisateur reçoit une alerte. "Mais ce qui importe vraiment aux utilisateurs finaux, c'est la gravité des secousses du sol à leur emplacement, nous testons donc aussi maintenant des algorithmes qui pourraient fournir ces données, " Kohler a déclaré. "Nous nous attendons à ce qu'une future itération de ShakeAlert ait une évaluation de tremblement de terre comme l'une des parties les plus fondamentales de l'alerte."

Lorsque ShakeAlert s'est étendu de la Californie pour inclure Washington et l'Oregon en avril 2017, les développeurs ont également créé un ensemble unique d'algorithmes qui pourraient être utilisés dans le nord-ouest du Pacifique et dans le nord et le sud de la Californie. Le défi, dit Kohler, était de développer un ensemble standard d'algorithmes qui pourraient tenir compte des différents environnements tectoniques dans chaque région, y compris la zone de subduction offshore dans le nord-ouest du Pacifique et les failles principalement terrestres en Californie.

Ce que veulent les utilisateurs

Dès le début, ShakeAlert a eu un groupe constant d'utilisateurs bêta, allant des agences gouvernementales aux entreprises, qui ont aidé l'équipe avec des commentaires précieux pour le système.

Par exemple, l'équipe ShakeAlert en apprend davantage de ses utilisateurs bêta sur le degré d'incertitude que les utilisateurs toléreront dans les alertes et la rapidité avec laquelle ils souhaitent que ces alertes soient précises. ShakeAlert travaille avec des sociétés tierces pour décider comment diffuser les alertes, quelle forme les alertes devraient-elles prendre, et quel type d'informations se trouvent dans les alertes - et il n'y a pas d'approche unique, a noté Kohler.

Par exemple, une école peut avoir une tolérance plus élevée aux fausses alarmes - les élèves perdront quelques minutes d'instruction en se cachant sous leurs bureaux - mais un chemin de fer ou une chaîne de montage de machines peut vouloir arrêter les opérations uniquement pour les alertes les plus sûres.

"Nous apprenons quelle est leur tolérance du temps d'alerte par rapport à la précision, " a déclaré Kohler. " Parce que plus tôt vous voulez l'alerte, moins il sera précis. Si vous attendez plus de données pour produire l'alerte, plus il sera précis."

Alors que ShakeAlert s'oriente vers une utilisation publique plus large, Kohler et ses collègues espèrent que leurs documents SRL serviront de bon rappel de tous les éléments nécessaires aux systèmes d'alerte précoce aux tremblements de terre.

"Parfois, il y a une perception erronée que tout ce dont vous avez besoin est un bon algorithme, ou tout ce dont vous avez besoin est un petit réseau de sismomètres dans votre région d'intérêt, mais l'un ou l'autre ou même les deux ne vous mèneront pas très loin en termes de production d'un système robuste sur une vaste zone sismiquement active, ", a déclaré Kohler.