Câbles à fibres optiques souterrains, comme ceux qui relient le monde par téléphone et service Internet, détiennent un potentiel inexploité de surveillance des phénomènes météorologiques violents, selon les scientifiques de Penn State.

Les chercheurs ont transformé des kilomètres de câbles sous le campus de University Park en milliers de capteurs virtuels capables de détecter de minuscules événements sismiques provoqués par le tonnerre résonnant du ciel lors d'une tempête en avril.

« Le temps violent a de fortes interactions avec le sol, mais nous n'avons pas eu la capacité d'étudier le couplage entre l'atmosphère et la Terre solide, " dit Tieyuan Zhu, professeur adjoint de géophysique à Penn State et auteur principal de l'étude. "Avec cette nouvelle technologie, nous pouvons utiliser les réseaux de fibres optiques existants pour voir clairement comment l'énergie des orages a traversé le campus."

Les résultats, publié aujourd'hui (11 décembre) dans le Journal of Geophysical Research :Atmosphères , marque la première fois que les scientifiques ont enregistré des événements sismiques induits par le tonnerre, ou des tremblements de terre, en utilisant le type de réseau de fibre optique enterré sous la plupart des grandes villes des États-Unis, disaient les scientifiques.

« La possibilité d'utiliser des câbles à fibres optiques pour détecter la source du tonnerre offre un autre moyen de suivre les orages et d'aider à la sécurité publique et aux interventions d'urgence, surtout en milieu urbain, " a déclaré David Stensrud, chef du département de météorologie et des sciences de l'atmosphère à Penn State et co-auteur de l'étude. "Chaque nouvelle source de données contribue à améliorer notre capacité de suivi des tempêtes."

En utilisant une technologie récente appelée réseau de détection acoustique distribuée (DAS), les scientifiques ont découvert qu'ils pouvaient suivre la direction de la tempête en fonction de l'intensité des tremblements de terre, et que leurs découvertes correspondaient à l'emplacement de la foudre enregistré par le U.S. National Lightning Detection Network.

Le réseau DAS envoie un laser sur l'une des fibres de verre fines comme des cheveux contenues à l'intérieur des câbles et peut détecter de petits changements causés par une pression aussi légère qu'une marche humaine, disaient les scientifiques. Le tableau prend des mesures tous les six pieds et demi, ce qui signifie que les plusieurs kilomètres de câble continu sous le campus de University Park agissent comme un réseau de 2, 000 capteurs.

« S'il y a un changement dans l'énergie externe sur le sol au-dessus, même pas de marche, vous aurez un tout petit changement qui va étirer ou comprimer la fibre, " a déclaré Zhu. "Le laser est très sensible et peut détecter ces petits changements."

Pendant les tempêtes, le tonnerre crée une pression acoustique à des kilomètres au-dessus de la Terre qui descend, touche le sol et se propage comme des vagues dans un étang. Les humains ne peuvent ni entendre ni ressentir ces tremblements de terre, mais les légers mouvements sont captés par les câbles à fibres optiques, disaient les scientifiques.

Le réseau peut fournir de nouvelles informations importantes sur l'intérieur de la Terre. Parce qu'il y a si peu de tremblements de terre sur la côte est, les scientifiques manquent de données sismiques locales qui peuvent aider à imager la croûte terrestre et le manteau, les chercheurs ont dit.

La méthode a le potentiel d'être utilisée plus largement pour d'autres risques naturels comme les tremblements de terre, ouragans et inondations, des réseaux de câbles à fibres optiques préexistants existent dans les zones urbaines de tout le pays, selon les scientifiques.

"Cette recherche est un exemple de prise d'une technologie existante et de son utilisation dans un autre but, " a déclaré Stensrud. " Disposer de technologies multifonctionnelles maximise les avantages pour la société. "