Des câbles sous-marins peuvent servir de capteurs sismologiques et environnementaux
Savoir comment et quand les failles de la Terre se déplacent est essentiel à la sismologie. Mais avec les deux tiers de la surface de la Terre recouverts d’eau, l’observation est limitée en raison des défis logistiques et des coûts liés au déploiement d’instruments sismologiques océaniques. «S’appuyer sur des infrastructures préexistantes constituerait une stratégie de sismologie océanique intelligente, et les câbles de télécommunications sous-marins sont des candidats idéaux», explique Marc-André Gutscher(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), coordinateur du projet FOCUS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), qui a utilisé la lumière laser pour mesurer les petits mouvements du fond marin grâce à la déformation détectée dans ces câbles.
La lumière laser détecte les modifications des câbles à fibres optiques
Le principal site d’essai du projet FOCUS se trouvait à environ 30 km au large de Catane, en Sicile, une région urbaine sujette à des tremblements de terre dévastateurs, où l’équipe avait déjà cartographié une faille linéaire située à 2 000 mètres sous l’eau. Un véhicule télécommandé (ROV) a connecté un câble en fibre optique spécialement conçu à un observatoire câblé du fond marin. Ce câble «tendu» a été déroulé pour traverser la faille sous-marine en quatre endroits. La lumière laser a ensuite été envoyée dans le câble électro-optique de l’observatoire, long de 29 km, puis dans le câble du projet, long de 6 km, enroulé trois fois, ce qui représente un trajet optique total de 47 km. L’équipe a fait appel à la BOTDR(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry) pour analyser cette lumière. Une petite partie de la lumière laser envoyée dans une fibre optique est rétrodiffusée, c’est-à-dire qu’elle rebondit sur de minuscules imperfections de la fibre de verre, que mesure un interrogateur laser. FOCUS, qui a été financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (CER), a analysé un pic de lumière rétrodiffusée appelé pic de Brillouin, sensible à la déformation mécanique des fibres et aux changements de température. Des équipes ont effectué des mesures optiques toutes les deux heures, de manière plus ou moins continue, depuis octobre 2020. «L’augmentation ou la diminution de la fréquence de Brillouin à un endroit donné de la fibre optique indique son allongement ou son raccourcissement», explique Marc-André Gutscher du CNRS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (Centre national de la recherche scientifique) en France. Des changements avaient déjà été détectés en novembre 2020, avec un allongement au premier et au troisième croisement de failles, d’environ 1,5 cm et 0,5 cm, respectivement. On a d’abord supposé qu’il s’agissait d’un mouvement de faille, mais des balises acoustiques du fond marin installées de part et d’autre de la faille pour une vérification indépendante ont infirmé cette hypothèse(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Elles ont probablement été causées par un glissement de terrain sous-marin ou un courant de fond», explique Marc-André Gutscher. D’autres signaux ont été détectés sur le câble, causés par un ROV plaçant des sacs de poids sur le câble. «Ces signaux ont permis de vérifier que notre technique peut mesurer les modifications apportées au câble du fond marin à des distances de 30 à 50 km de la côte», souligne Marc-André Gutscher. «Nous n’avons pas encore mesuré de mouvement de failles, parce qu’il n’y en a pas encore eu, et nous devrions peut-être être soulagés! L’imagerie et l’étude des sédiments ont révélé que cette faille se déplace de plusieurs mètres tous les 10 000 ans, pouvant générer des séismes de magnitude 6.»
Une opportunité de surveiller les incidences sur l’environnement et le changement climatique
Si FOCUS a démontré que le réseau de télécommunications sous-marin pouvait être affecté à des mesures sismologiques, les mêmes méthodes pourraient également permettre de surveiller la santé structurelle des câbles sous-marins. L’une des principales conclusions du projet est que les câbles sous-marins à fibres optiques non standard (serrés) mesurent mieux la déformation des fonds marins que les fibres standard non serrées. Mais l’équipe est également sur le point de démontrer que les câbles de télécommunications standard peuvent suivre les fluctuations de température des fonds marins, un indicateur clé du changement climatique, une fonction poursuivie par Marc-André Gutscher dans une nouvelle proposition de subvention avancée du CER. Un projet dérivé, utilisant la technique BOTDR, est en cours pour mesurer la température et les courants du fond marin à proximité des câbles d’un réseau sous-marin de télécommunications par fibre optique dans l’archipel de la Guadeloupe. Il est également prévu de tester un câble hybride (fibres de télécommunication et fibres de détection), développé dans le cadre de FOCUS, qui bénéficie d’une conception spéciale (brevet en instance) comprenant à la fois des fibres de détection serrées et des fibres de détection lâches.
