Les sismologues de Caltech utilisent des câbles à fibres optiques pour surveiller et enregistrer les répliques de la séquence du tremblement de terre de Ridgecrest 2019 plus en détail qu'auparavant. Des milliers de petites répliques se produisent chaque jour dans toute la région, dont un nombre sans précédent pourra désormais être suivi et étudié.

La technique naissante consiste à projeter un faisceau de lumière dans une « obscurité, " ou inutilisé, câble de fibre optique. Lorsque le faisceau rencontre de minuscules imperfections dans le câble, une infime partie de la lumière est réfléchie et enregistrée.

De cette façon, chaque imperfection agit comme un point de cheminement traçable le long du câble à fibre optique, qui est généralement enterré à plusieurs pieds sous la surface de la terre. Les ondes sismiques se déplaçant dans le sol provoquent une dilatation et une contraction minutieuses du câble, qui modifie le temps de trajet de la lumière vers et depuis ces points de cheminement. En surveillant ces changements, les sismologues peuvent observer le mouvement des ondes sismiques.

"Ces imperfections se produisent suffisamment fréquemment pour que tous les quelques mètres de fibre agissent comme un sismomètre individuel. Pour les 50 kilomètres de câble à fibre optique à trois endroits différents que nous avons exploités pour le projet, c'est à peu près comme déployer plus de 6, 000 sismomètres dans la zone, " dit Zhongwen Zhan, professeur assistant de géophysique, qui dirige l'effort.

Le projet a été lancé quelques jours seulement après que les deux grands tremblements de terre ont frappé la région de Ridgecrest. Zhan a appelé autour, rechercher un câble à fibre optique inutilisé qui serait suffisamment long et suffisamment proche de la région sismiquement active pour être utile. Finalement, le directeur de l'aéroport d'Inyokern, Scott Seymour (qui avait également proposé l'utilisation du réseau fibre autour de l'aéroport), connecté Zhan avec Michael Ort, le directeur général du projet Digital 395 de la California Broadband Cooperative. Le projet vise à construire un nouveau réseau de fibre optique de 583 milles qui suit principalement la route américaine 395, qui s'étend du nord au sud le long du versant oriental de la Sierra Nevada, passant près de Ridgecrest.

Digital 395 a proposé à Zhan d'utiliser trois segments de son câble en fibre optique :10 kilomètres de Ridgecrest à l'ouest, et deux sections au nord et au sud d'Olancha, près de laquelle il y avait une intense activité sismique déclenchée par le séisme M7.1. "Les séismes des 4 et 5 juillet ont créé une rupture longue de 50 kilomètres qui a déclenché des répliques dans des régions distinctes que nous pourrons étudier, " dit Zhan. Pendant ce temps, les instruments de détection que Zhan a connectés au câble à fibre optique pour le projet ont été fournis par les fabricants OptaSense et Silixa.

L'équipe de Zhan s'est également déployée plus au sud au complexe de communications Goldstone Deep Space, une installation de la NASA gérée par JPL. (JPL est géré par Caltech pour la NASA.) Le site, qui est proche de Fort Irwin, héberge un réseau de fibre noire que Zhan utilisait auparavant pour tester la technologie de surveillance sismique à fibre optique. "C'est seulement à environ 70 kilomètres de Ridgecrest, donc ce serait un bon moment pour revenir en arrière, " il dit.

Immédiatement après le tremblement de terre, l'USGS a également déployé des sismomètres temporaires autour de Ridgecrest pour surveiller les répliques. Zhan dit que son système de fibre optique complétera plutôt que dupliquera cet effort. Les sismomètres temporaires sont capables de couvrir une zone plus large mais produisent des lectures plus clairsemées, il dit. Ils ont également tendance à fonctionner sur batterie et sans réseau, ce qui signifie que les données qu'ils enregistrent ne seront disponibles qu'une fois leurs batteries épuisées et récupérées, tandis qu'une partie des données du système de fibre optique de Zhan sera disponible immédiatement.

Bien que la surveillance sismique Ridgecrest soit temporaire, Zhan et ses collègues espèrent établir des systèmes similaires en permanence dans des villes clés du sud de la Californie. Ce travail a commencé par un projet pilote en 2018 impliquant le laboratoire sismologique de Caltech et la ville de Pasadena pour utiliser une partie de la fibre noire de la ville pour surveiller les tremblements dans la région.

« La combinaison du réseau de fibres de Pasadena et des déploiements de Ridgecrest a fourni deux premières scientifiques importantes :le réseau de Pasadena est le premier exemple d'un système permanent de surveillance des tremblements de terre utilisant la fibre optique, tandis que les déploiements Ridgecrest, également une première dans la surveillance sismique, donnez-nous un aperçu de ce que nous pourrions voir si nous pouvions allumer en continu de la fibre noire dans tout le sud de la Californie, " dit Michael Gurnis, John E. et Hazel S. Smits Professeur de géophysique et directeur du Laboratoire sismologique de Caltech. "Ils nous permettent d'observer et de comprendre comment les ondes sismiques se répercutent à travers nos montagnes et bassins complexes à la suite d'un tremblement de terre majeur."

Les informations recueillies à partir du réseau de fibres Ridgecrest aideront les sismologues à en savoir plus sur la façon dont les séquences sismiques se désintègrent et migrent à travers la terre, et offrira plus de détails sur la façon dont les ondes sismiques se déplacent dans la région autour de Ridgecrest.

Le traitement du grand volume de données que le système de fibre optique collecte prendra des mois, même en utilisant des systèmes automatisés, dit Zhan, qui estime que son équipe recevra de l'ordre de 10 à 20 téraoctets de données au cours des prochains mois.

"Cela va nous occuper un moment, mais à la fin, nous aurons une image plus claire de l'évolution de cette séquence que cela ne serait possible autrement, " dit Zhan.