Les câbles à fibres optiques posés sur les glaciers suisses ont réussi à détecter les signaux sismiques produits par la formation de crevasses glaciaires, soulignant ainsi le potentiel de cette technologie pour la surveillance des tremblements de glace. Les résultats de la recherche ont été présentés lors de la réunion annuelle de la Seismological Society of America. Les crevasses des glaciers sont essentielles à la stabilité des glaciers, car elles peuvent canaliser l'eau de fonte dans le lit du glacier, accélérant ainsi l'écoulement des glaces et provoquant une fonte accrue. Cependant, sur les glaciers fortement crevassés, les conditions extrêmes rendent difficile le déploiement de capteurs sismiques traditionnels.

Images de drone de crevasses sur le glacier du Gorner en Suisse. Crédit photo : Tom Hudson

Tom Hudson de l'ETH Zurich explique que les signaux sismiques produits par les séismes de glace sont très différents de ceux produits par les tremblements de terre tectoniques provoqués par des forces de cisaillement et par les explosions chimiques ou nucléaires entraînant une libération rapide d'énergie. Il a déclaré que les fissures étaient "une source de fissures qui s'ouvraient uniquement dans une seule direction".

La nouvelle étude, menée par Hudson, en collaboration avec Andreas Fichtner de l'ETH Zurich (qui a présenté l'étude lors de la réunion) et ses collègues, "est un exemple concret d'utilisation de la fibre optique pour détecter ce type d'activité sismique de type rupture ou ouverture de fissure dans le sous-sol", a déclaré Hudson. "C'est à peu près aussi près que possible de la source du tremblement de terre. Notre tremblement de terre de fissure s'est produit à moins de dix mètres du câble à fibre optique, ce qui est très rare."

Ce succès suggère que la détection par fibre optique pourrait être utile pour surveiller des fissures similaires qui peuvent survenir dans les roches des réservoirs de stockage de carbone ou des systèmes d'énergie géothermique.

"La glace étant un milieu sismique plus simple que la roche, sa structure de vitesse est bien connue et nous pouvons réellement explorer la physique de la source", a déclaré Hudson. "Si nous pouvons le faire dans cet environnement plus simple, alors nous espérons pouvoir commencer à penser à le faire dans des environnements plus complexes."

Les chercheurs ont déployé un réseau dense et bidimensionnel de fibres optiques dans la crevasse du Gornergletscher, le deuxième plus grand glacier de Suisse. Hudson a déclaré que les conditions météorologiques lors du déploiement de l'équipe étaient très chanceuses. Ils ont déployé le câble pendant la transition de l'hiver à l'été, afin qu'il n'y ait pas de neige et que les chercheurs puissent éviter le risque de tomber dans des crevasses couvertes.

L'un des défis majeurs liés à l'utilisation de câbles à fibres optiques pour collecter des données sismiques est de garantir que les câbles sont en bon contact, ou « couplés », avec le sol sur lequel ils sont posés. "La température est encore suffisamment élevée pendant la journée pour que la fibre se réchauffe et fonde légèrement dans le glacier, car la fibre est noire par rapport à la glace. Ensuite, lorsque la fibre fond, la température est suffisamment basse pour qu'elle gèle sur place pendant la nuit", a expliqué Hudson.

"Nous obtenons donc le meilleur couplage que l'on puisse espérer en termes de fusion et de congélation des fibres", a-t-il ajouté.

L’équipe a détecté et localisé 951 tremblements de glace, dont les formes d’onde sismiques contenaient de fortes oscillations ou sillages après l’arrivée des ondes sismiques de surface. Ces oscillations peuvent se produire lorsqu'il y a de l'eau dans une crevasse, et le mouvement de l'eau lors d'un tremblement de terre peut produire un signal résonant. Mais l'analyse de Hudson et de ses collègues suggère que les oscillations sont plus probablement causées par "des résonances créées lorsque les ondes sismiques rebondissent entre plusieurs crevasses dans une zone de crevasse", a déclaré Hudson.

Les chercheurs ont également comparé les données du réseau de fibres optiques aux données provenant de déploiements de nœuds sismiques plus traditionnels. Les câbles à fibre optique peuvent fournir près de 20 fois plus de données qu’un réseau de nœuds. "Bien qu'il y ait eu quelques problèmes de traitement des données, la quantité de données était beaucoup plus importante, ce qui nous a permis de voir essentiellement le champ d'onde complet dans les données elles-mêmes, ce qui est inhabituel", a déclaré Hudson.

Il a noté qu'un autre avantage de l'utilisation des câbles à fibres optiques est qu'ils sont sensibles à une plus large gamme de fréquences de signaux, y compris les signaux basse fréquence qui durent des heures, voire des jours, permettant aux sismologues de mesurer la flexion de la glace au fil du temps.

Hudson espère utiliser la fibre optique pour mesurer la structure de vitesse de la glace et développer des images 3D de son sous-sol, a-t-il déclaré.

"J'aimerais vraiment quantifier l'étendue et la densité des fissures et voir à quel point la glace est endommagée dans cette zone", a-t-il expliqué, "afin que nous puissions savoir que les tremblements de glace sont déclenchés par des fissures. Nous n'avons pas encore quantifié le nombre et la taille des fissures, c'est donc un espoir pour l'avenir."

Compilé à partir de / scitechdaily