Ondes sismiques générées par un séisme de magnitude 1,9 situé au nord de Fréjus (Var), enregistré le long du câble à fibre optique de 41 km déployé sur le fond marin au large de Toulon. Dans l'enregistrement à droite, chaque ligne correspond à un point de mesure situé le long du câble, de la côte (en haut) au large (en bas). (Les 41 km de câble équivalent à plus de 6000 capteurs). La différence d'heure d'arrivée des ondes aux différents points de mesure permet de localiser le séisme. Crédit :Diane Rivet
Des scientifiques ont montré pour la première fois qu'il est possible de détecter la propagation des ondes sismiques sur le fond marin à l'aide de câbles de télécommunications sous-marins. D'après leurs observations, cette infrastructure existante pourrait être utilisée pour détecter les séismes, ainsi que la houle et le bruit sous-marin. Les résultats sont publiés dans la revue Communication Nature le 18 décembre, 2019, par des chercheurs du CNRS, OCA, L'IRD et Université Côte d'Azur collaborent au sein du laboratoire Géoazur, en collaboration avec la société Fébus Optics et le Centre de Physique des Particules de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université).
Le plancher océanique est sillonné par 1,2 million de kilomètres de câbles de télécommunications (trois fois la distance de la Terre à la Lune). Composé de fibres optiques, ils facilitent une grande partie de notre communication par téléphone, SMS et e-mail. Et ils pourraient bientôt assumer un nouveau rôle, celui de détecter les ondes acoustiques et sismiques.
Ici, les scientifiques ont utilisé un câble de 41 km déployé au large de Toulon dans le sud de la France pour récupérer les données des capteurs de l'observatoire sous-marin MEUST-NUMerEnv à une profondeur de 2500 m. La méthode qu'ils ont développée tire parti des petites impuretés dans les fibres optiques, qui renvoient une partie de la lumière qu'ils transportent vers l'émetteur. En étirant ou en contractant la fibre, le passage d'une onde sismique ou acoustique altère la distance entre ces impuretés, et donc le signal rétrodiffusé, d'un tout petit montant. Encore, ils devaient prouver que ces différences étaient détectables car, dans les câbles sous-marins, les fibres optiques sont entourées de plusieurs couches isolantes.
En injectant des impulsions lumineuses dans une fibre optique et en analysant le signal rétrodiffusé, l'équipe a converti les 41 km de fibre optique en plus de 6 000 capteurs sismiques. Un séisme de magnitude 1,9 survenu lors de l'essai a été détecté à chacun des points de mesure avec une sensibilité proche de celle d'une station sismique côtière, même s'il était situé à plus de 100 km du câble (Figure 1).
Animation montrant l'effet de la houle enregistrée le long des huit premiers kilomètres de fibre optique. Crédit :Diane Rivet
Mais ce n'est pas tout :les points de mesure sont également sensibles aux vagues qui traversent l'océan, telles que celles produites par la houle. Les auteurs ont enregistré l'impact des vagues sur le fond marin près de la côte, ainsi que leur effet sur la plaine abyssale, où ils génèrent un « bruit de fond sismique ». Les capteurs ont permis d'observer pour la première fois comment ces très petites vibrations, qui interagissent constamment avec l'intérieur de la Terre, sont produits, permettant aux géophysiciens de sonder sa structure.
Les chercheurs pensent qu'un câble de télécommunication, un peu comme une ribambelle de micros, pourrait de la même manière détecter les bruits sous-marins produits par les navires et les cétacés.
Face au défi logistique et financier du déploiement de l'instrumentation sur le fond marin, les câbles télécoms pourraient permettre d'améliorer notre compréhension de cette terra incognita couvrant les deux tiers de la surface de la Terre, et aborder un large éventail de questions scientifiques et sociétales, comme les tremblements de terre, l'érosion côtière, interaction entre la vie, les océans et la Terre solide, etc.
Un certain nombre de câbles actuellement en exploitation seront progressivement supprimés par les opérateurs de télécommunications dans les années à venir. Grâce à cette recherche, ils pourraient bientôt prendre une seconde vie.
