Les explosions sous-marines déclenchées par la marine américaine pour tester la robustesse des coques de navires ont fourni aux sismologues une opportunité de test qui leur est propre :que pouvons-nous savoir sur une explosion sous-marine à partir des données sismiques et acoustiques qu'elle génère ?

Dans une étude publiée dans le Bulletin de la Société sismologique d'Amérique , une équipe de chercheurs dirigée par Ross Heyburn d'AWE Blacknest au Royaume-Uni a comparé les données de "vérité au sol" disponibles auprès de la Marine sur l'emplacement, la taille et la profondeur de ces détonations aux estimations obtenues à partir des stations sismiques et des capteurs hydroacoustiques.

Les explosions menées au large des côtes de la Floride offrent une chance de tester les capacités du système international de surveillance (IMS) de l'Organisation du traité d'interdiction complète des essais, déployés pour détecter les explosions secrètes d'essais nucléaires, disent les auteurs.

"Les explosions sous-marines de cette taille où des données de vérité au sol sont disponibles sont assez rares, " a déclaré Heyburn. Les stations IMS " enregistrent les signaux de nombreux événements sous-marins, tous deux naturels, comme les tremblements de terre, et artificiel, comme les sondages au canon à air. Cependant, les données de vérité sur le terrain provenant des sources artificielles ne sont souvent pas disponibles, et généralement toutes les explosions sous-marines observées sont beaucoup plus petites que les explosions de Floride."

Les tests d'explosion de la Marine ont été menés en 2001, 2008 et 2016 au sein de la zone d'essai de Mayport de la Marine, situé à 120 kilomètres au large de Jacksonville, Floride. Les expériences ont testé l'intégrité de la coque des navires de combat côtiers USS Jackson, l'USS Milwaukee, l'USS Winston Churchill et l'USS Mesa Verde. Lors des expérimentations, dix, Des explosions chimiques de 1 000 livres ont été remorquées derrière un navire naviguant aux côtés des navires de combat, pour tester la réaction des coques des navires de combat aux ondes de choc produites par les détonations à proximité équivalentes à un poids de charge de TNT d'environ 6759 kilogrammes.

Les explosions ne sont pas de la taille d'une explosion d'essai nucléaire, mais ils sont beaucoup plus gros que la plupart des autres explosions sous-marines disponibles pour l'étude, expliqua Heyburn. "Les explosions décrites dans le document sont beaucoup plus petites qu'une explosion d'essai nucléaire typique qui est généralement de l'ordre de kilotonnes en poids de charge équivalent TNT, " dit-il. " A titre de comparaison, Les mines navales et les grenades sous-marines anti-sous-marines contiennent généralement des charges explosives avec des poids de charge équivalents au TNT de l'ordre de centaines de kilogrammes.

Heyburn et ses collègues ont analysé les données des explosions recueillies par les stations sismiques IMS dans le monde entier et d'une station hydrophone près de l'île de l'Ascension dans l'océan Atlantique Sud pour les tests en 2008 et 2016. Les chercheurs ont utilisé les données de localisation fournies par la Marine pour plusieurs des les explosions comme moyen d'améliorer la précision des calculs utilisés pour localiser l'épicentre des explosions sans données de vérité au sol disponibles.

Des recherches antérieures sur les détonations dans la mer Morte et sur d'autres sites d'essais sous-marins ont montré qu'il existe une relation entre la magnitude locale d'une explosion et son poids de charge. Après avoir pris en compte la salinité de l'eau de mer près de la Floride, Heyburn et ses collègues ont pu modifier les calculs de la mer Morte pour estimer les poids des charges de la Marine à partir des estimations publiées de la magnitude locale des explosions.

Les explosions sous-marines produisent également des caractéristiques sismiques uniques qui peuvent être utilisées pour identifier la source. L'une de ces caractéristiques notables est l'impulsion de bulle, la pulsation sous-marine générée par la bulle de gaz créée par l'explosion lorsqu'elle se dilate et se contracte. Les chercheurs ont pu identifier l'impulsion de bulle dans les enregistrements sismiques, confirmant que les signaux sismiques étaient le résultat d'une explosion sous-marine.

L'impulsion de bulle n'a pas été observée aussi clairement à la station hydrophone de l'île de l'Ascension, et Heyburn et ses collègues suggèrent que les eaux peu profondes au large de la côte de Floride peuvent avoir déformé les signaux hydroacoustiques de l'explosion. "Cela a montré que les données sismiques et hydroacoustiques peuvent être importantes lors de l'analyse des signaux d'explosions sous-marines, " a déclaré Heyburn.