Et si le tonnerre pouvait nous aider à cartographier les sous-sols ? C’est l’idée qui a germé dans les esprits d’une équipe de chercheurs en sismologie de l’université d’Etat de Pennsylvanie. Dans une étude parue le 21 août dans Science Advances, ils passent de la théorie à la pratique.

En zone urbaine, là où il est difficile de sonder la Terre correctement, les chercheurs analysent comment se diffusent tous types de bruit, comme ceux des passants, des voitures ou des tramways. Utiliser le tonnerre comme autre source d’énergie vient compléter cette liste.

Pour cartographier le sous-sol, l’équipe se sert d’une technologie qui permet de convertir les fibres optiques présentes sous nos villes en réseau de capteurs sismiques. On parle de mesure acoustique distribuée, ou Distributed Acoustic Sensor (DAS). Pour ce faire, ils ajoutent un interrogateur en bout de ligne qui génère un second signal à travers le câble et mesure les infimes variations que lui font subir les vibrations environnantes.

L’éclair et le tonnerre

Lors d’un orage, la foudre chauffe l’air autour de son passage et génère d’intenses ondes de choc : le tonnerre.

Ces ondes sonores apparaissent à différentes altitudes de l’éclair et se propagent dans toutes les directions de l’atmosphère.

« Tremblement de tonnerre »

Lorsque ces ondes sonores frappent le sol, leur énergie se transforme en vibrations sismiques ou « thunderquakes ». Ces ondes de surface voyagent à travers les couches géologiques, leur vitesse variant selon le type de matériaux rencontrés.

Des fibres optiques comme capteurs

Les chercheurs utilisent les fibres optiques déjà enterrées. Grâce à un interrogateur DAS (mesure acoustique distribuée) branché en bout de fibre, le réseau de câbles est converti en capteurs.

Cartographier les sous-sols

En analysant les signaux enregistrés, les scientifiques créent une image du sous-sol (jusqu’à une centaine de mètres de profondeur). Cela permet de surveiller des « zones de faiblesse », comme des fractures ou des cavités souterraines, pour prévenir les risques d’effondrement ou de pollution dans des endroits où il est difficile de sonder le sol.

Source : Science Advances

Au total, les chercheurs ont enregistré et identifié 458 « tremblements de tonnerre » en deux ans de mesures dans la ville de State College en Pennsylvanie. Une preuve de concept qui s’accompagne d’une découverte. « Notre étude sur les “tremblements de tonnerre” a mis en évidence quatre zones distinctes où les ondes sismiques se propageaient beaucoup plus lentement que dans la roche environnante, résument les chercheurs Nolan Roth et Tieyuan Zhu, dans The Conversation. Ces “zones faibles” pourraient être dues à la présence de roches fracturées ou altérées, ou encore à la présence d’eau ou d’air. »

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