Ce chercheur de Caltech s'est tourné vers le réseau souterrain à large bande de Pasadena pour détecter les tremblements de terre

Zhongwen Zhan, 36 ans, peut retracer un moment décisif de sa vie comme un véritable événement bouleversant.

Il était étudiant en Chine lorsqu'un séisme de magnitude 9,1 a détruit le fond marin de l'océan Indien, générant un tsunami massif qui a tué 230 000 personnes. C'était le 26 décembre 2004.

« Je savais que les sciences de la Terre m'intéressaient, mais quand j'ai vu comment toute la communauté s'est mobilisée pour étudier ce séisme en quelques jours, comment nous avons pu apprendre beaucoup de choses, j'ai été étonné par la capacité des scientifiques à rassembler autant de choses. données sans se rendre sur place, simplement en utilisant des capteurs, pour en savoir plus et aider les gens », a déclaré Zhan. "C'était fascinant de voir ça."

Cette fascination a conduit Zhan à Caltech, où il a obtenu son doctorat en géophysique en 2014 et où il enseigne désormais la géophysique.

Cette semaine, Zhan et une équipe de quatre membres ont publié une étude dans la revue Nature, rapportant le succès de l'utilisation de câbles souterrains à fibre optique à Pasadena pour détecter les secousses à une résolution plus élevée, analysant les détails complexes du tremblement de terre.

Zhan et ses collègues ont étudié une section du câble à fibre optique à l'aide du DAS, ou détection acoustique distribuée. L’équipe a utilisé des émetteurs laser pour projeter de la lumière à travers les câbles, qui présentent de minuscules défauts tous les quelques mètres qui réfléchissent une partie de la lumière vers la source. Ce réseau agit comme des sismomètres individuels et donne aux scientifiques des détails sur le mouvement des ondes sismiques.

Ce fut une chance que l'équipe ait mis ses émetteurs en place lorsqu'un séisme de magnitude 6 a secoué Antelope Valley en 2021. Ils ont pu examiner les signatures lumineuses traversant une section de câble de 100 kilomètres pour tracer avec précision le séisme, en localisant une séquence de quatre ruptures plus petites qui ne pourraient pas être détectées par un réseau sismique conventionnel.

La possibilité passionnante de réutiliser les millions de kilomètres de câbles à fibres optiques dans le monde entier en un réseau dense de sismomètres de fortune peut approfondir la compréhension des scientifiques de la physique des tremblements de terre et, à terme, améliorer les systèmes d'alerte précoce aux tremblements de terre.

"L'utilisation d'un câble à fibre optique comme série de sismomètres révèle des aspects de la physique des tremblements de terre qui ont longtemps été hypothéqués mais difficiles à imager", a déclaré Zhan. "Une meilleure compréhension peut être très utile dans notre préparation aux tremblements de terre, dans notre connaissance des types de tremblements de terre et nous donne une plus grande chance de capturer les tremblements de terre."

Le groupe Zhan a consacré environ quatre ans à cette recherche. Ils incluent Jiaxuan Li, premier auteur ; Nadia Lapusta, professeur de génie mécanique et de géophysique à Caltech ; l'étudiant diplômé Teaho Kim et le scientifique Ettore Biondi. La National Science Foundation a financé l’étude.

L'idée d'utiliser des fibres optiques pour détecter l'environnement est née dans les années 70 et 80, lorsque la fibre optique a fait ses débuts, a expliqué Zhan.

"Les gens ont vite compris que les perturbations environnementales pouvaient causer des problèmes de communication", a-t-il ajouté. « Cela signifie également que la détection est possible. La nouveauté ici est d’utiliser la technologie pour étudier les tremblements de terre. Les sismologues ont toujours voulu des capteurs plus performants et plus nombreux pour étudier les tremblements de terre, et la détection par fibre optique avec câble de télécommunication est tout simplement la solution idéale.

Mike Gurnis, directeur du laboratoire sismologique de Caltech, a qualifié les recherches de Zhan de pilier clé des priorités du laboratoire de sismologie.

"Nous sommes peut-être le seul réseau régional à essayer d'intégrer ce type de signal dans notre réseau sismique à large bande dense traditionnel à travers différents projets de recherche avec des professeurs", a déclaré Gurnis dans un article sur le campus célébrant le centenaire du laboratoire en novembre dernier.

Zhan est conscient des traces sismologiques qu'il suit à Caltech, où la sismologie sismique moderne est née dans les années 1920 et 1930. C'était à l'époque où Hugo Benioff inventait des instruments pour détecter les ondes sismiques, et Charles Richter et Ben Gutenberg collaboraient sur ce qui est devenu connu sous le nom d'échelle de Richter pour mesurer la magnitude d'un tremblement de terre. Plus près de la chronologie d'aujourd'hui, la sismologue Lucy Jones continue de servir en tant qu'associée invitée en géophysique à Caltech.