Les chercheurs ont utilisé le câble à fibre optique sous-marin transocéanique Curie pour la détection géophysique. Le câble Curie relie Los Angeles, Californie, avec Valparaiso, Chili. Crédit :Google
Dans une nouvelle étude, les chercheurs montrent que les câbles à fibres optiques qui transportent des données à travers les océans du monde peuvent également être utilisés pour détecter des événements géophysiques et surveiller les conditions des océans et des fonds marins.
Bien que les bouées et les observatoires câblés puissent être utilisés pour surveiller certaines parties de l'océan, les informations qu'ils fournissent se limitent à leur environnement immédiat. La nouvelle approche pourrait offrir un moyen d'utiliser le réseau mondial de câbles à fibres optiques sous-marins pour étudier des parties de l'océan autrement inaccessibles.
"Une fois perfectionné, cette nouvelle technique permettra la détection géophysique dans les profondeurs océaniques, qui sont largement inexplorées en raison d'un manque d'instrumentation qui fonctionne dans cet environnement, " a déclaré Zhongwen Zhan, professeur assistant de géophysique à Caltech. "Il pourrait un jour être utilisé pour détecter des tremblements de terre avec des épicentres dans l'océan, permettant des alertes plus précoces de tremblements de terre et de tsunamis, par exemple."
Dans Optique , Le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact, Zhan, en collaboration avec des chercheurs de Google et de l'Université de L'Aquila, démontrent que la nouvelle approche peut détecter les tremblements de terre et les houles océaniques, des ensembles de vagues produites par les tempêtes. Ils l'ont fait en utilisant le câble à fibre optique transocéanique Curie qui relie Los Angeles, Californie avec Valparaiso, Chili.
Aller au-delà du transport de données
La nouvelle technique utilise le fait que les tremblements de terre, les variations de pression ou d'autres changements dans l'environnement d'un câble transocéanique créent des changements subtils dans la lumière circulant le long des fibres optiques. Bien que des liaisons transocéaniques en fibre optique aient été utilisées pour détecter des événements géophysiques dans l'océan Méditerranée, l'approche utilisée dans les démonstrations précédentes nécessitait des lasers extrêmement spécialisés qui sont difficiles à obtenir et à utiliser.
Ce spectrogramme montre les houles océaniques détectées avec le câble Curie à partir du 1er juin 2020, au 12 juillet, 2020. Chaque houle a duré quelques jours. Crédit :The Optical Society (OSA) &Antonio Mecozzi, Université de L'Aquila
"Nous avons utilisé des équipements de télécommunications standard sans aucun composant optique supplémentaire autre que ceux déjà présents dans les émetteurs-récepteurs commerciaux, " dit Zhan. " De plus, il n'y a pas besoin d'un canal lumineux dédié car les données nécessaires à la détection peuvent être collectées sans perturber le fonctionnement normal du système de transmission optique."
La plupart des câbles transocéaniques utilisent des méthodes sophistiquées de lumière cohérente pour coder les données à la fois en amplitude et en phase de la lumière transmise. Pour analyser les changements de la lumière circulant le long du câble, les chercheurs ont développé un cadre théorique pour utiliser les données de polarisation générées par un système de transmission cohérent pour la détection dans l'océan profond. La méthode qu'ils ont développée mesure de minuscules changements de polarisation de la lumière transmise.
"Tout changement dans l'environnement du câble induira un petit, mais différence détectable dans la polarisation de la lumière, " a déclaré Zhan. " Nous avons développé le cadre théorique nécessaire pour interpréter les données de polarisation dans les câbles sous-marins, qui permettra une meilleure compréhension quantitative des processus géophysiques sous-marins."
Mettre la théorie en pratique
Les chercheurs ont utilisé leur nouvelle approche pour détecter les tremblements de terre en eaux profondes et les houles océaniques sur la base des lectures acquises à partir du câble à fibre optique transocéanique Curie. Les mesures concordaient bien avec les mesures indépendantes effectuées avec des sismomètres à terre.
"La stabilité de la polarisation dans le système sous-marin Curie est si élevée que nous avons pu détecter des changements différentiels dans la longueur du chemin optique de deux polarisations lumineuses de seulement 1,5 micron sur toute la longueur du câble, ", a déclaré Zhan. "Cela équivaut à une fraction de la longueur d'onde de la lumière laser voyageant le long du câble."
Les chercheurs travaillent toujours pour mieux comprendre comment utiliser les données de polarisation pour détecter divers changements dans l'environnement pour un câble optique sous-marin.
