janvier 28, 2023

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Taper sur le sol lui-même

À quoi ressemblerait l'Observatoire de l'océan, de la Terre, de l'atmosphère et de l'espace ?

Image : Concept d’observatoire de la Terre, de l’océan, de l’atmosphère et de l’espace. Le coin supérieur droit du globe montre un vaste réseau de câbles à fibres optiques (FO) existants (lignes jaunes). L’agrandissement en bas à gauche montre les principales caractéristiques et capacités de l’observatoire, y compris la détection, le suivi et l’identification DAS des baleines, des navires, des tempêtes et des tremblements de terre, traités en temps réel, intégrés à d’autres sources de capteurs telles que les données AIS dérivées des navires et relayées à le nuage.
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Crédit : Illustration de Landrø et al. Détection des baleines, des tempêtes, des navires et des tremblements de terre à l’aide du câble à fibre optique de l’Arctique. Sci Rep 12, 19226 (2022).

Plus de 1,2 million de kilomètres de câbles à fibres optiques sillonnent la planète pour transporter des appels téléphoniques, des signaux Internet et des données dans le monde entier. Mais cet été, des chercheurs ont publié pour la première fois les sons étranges de rorquals bleus et communs détectés par un câble à fibre optique sur la côte ouest de Svalbard.

Maintenant, les chercheurs veulent écouter une bête encore plus grosse – la Terre elle-même.

a déclaré Martin Landru, professeur à l’Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU), Département des systèmes électroniques et chef Centre de prévision géophysique.

« Cela pourrait être un observatoire mondial révolutionnaire pour les sciences de l’océan et de la Terre », a-t-il déclaré. Landrø était l’auteur principal d’un article sur la façon dont un tel système pourrait fonctionner, publié dans Rapports scientifiques sur la nature.

Légères modifications du diamètre des fibres capillaires

Les câbles à fibres optiques ne sont pas une nouveauté. Ils contiennent probablement des informations que votre ordinateur décrypte afin que vous puissiez lire cet article.

Ce qui a changé, cependant, ce sont les outils qui peuvent être utilisés pour extraire des informations de ces réseaux. L’outil en question porte un nom de détective quelque peu alarmant.

L’interrogateur peut être connecté à un réseau de câbles à fibres optiques pour envoyer une impulsion de lumière à travers le câble. Chaque fois qu’une onde sonore ou une onde réelle frappe le câble sous-marin, les fibres se plient légèrement.

« Et nous pouvons mesurer très précisément l’étendue relative des fibres », a déclaré Landru. « Cette technologie existe depuis longtemps. Mais elle a fait un énorme pas en avant au cours des cinq dernières années. Nous sommes donc maintenant en mesure de l’utiliser pour surveiller et mesurer des signaux acoustiques sur des distances allant jusqu’à 100 à 200 kilomètres. Cela est la nouveauté.

L’équipe de Landrø – y compris les chercheurs De Sikt, l’Agence norvégienne pour les services partagés dans l’éducation et la rechercheEt Alcatel Submarine Networks Norvège, ASLes chercheurs ont utilisé un câble à fibre optique de 120 kilomètres entre Longyearbyen, la plus grande colonie de Svalbard, et Ny-lesund, un site de recherche sur la côte sud-ouest de la plus grande île de l’archipel. Ils ont surveillé le câble pendant 44 jours en 2020, enregistrant plus de 800 sons de baleines. Pourrais-tu Découvrez ces résultats ici.

« L’objectif du câble à fibre entre Longyearbyen et Ny-Ålesund, qui a été produit en 2015 après 5 ans de pré-planification et de travail, et principalement financé par notre ministère, était de servir la communauté de recherche et la station géodésique de Ny-Ålesund. de haute qualité et de haute qualité », a déclaré Olaf Schilderup, président du réseau national R&E de Sikt, V.I Un article précédent sur le projet Monitoring. Schjelderup était également co-auteur du nouveau document.

« L’expérience DAS de détection et de surveillance des baleines démontre une utilisation complètement nouvelle de ce type d’infrastructure de fibre optique, résultant en une science excellente et unique », a-t-il déclaré.

La technologie est bonne, mais la portée reste une limite. L’espoir est qu’il s’améliorera à mesure que la technologie s’améliorera, a déclaré Landru.

« Bien que les enquêteurs actuels n’aient pas encore été en mesure de détecter au-delà des répéteurs généralement utilisés dans les longs câbles à fibres optiques, la technologie se développe très rapidement et nous espérons pouvoir surmonter ces limitations bientôt », a déclaré Landru.

Des navires, des tremblements de terre et un étrange motif de vagues

Au cours du processus de détection des appels de baleines, les chercheurs ont également pu repérer des navires passant au-dessus ou à proximité du câble, une série de tremblements de terre et un étrange schéma de vagues dont ils ont finalement réalisé qu’ils étaient causés par des tempêtes lointaines.

Landru a déclaré que les mesures étaient suffisamment précises pour pouvoir corréler leurs mesures à chaque événement spécifique qui s’est produit, y compris un tremblement de terre majeur en Alaska.

« Nous avons vu beaucoup de trafic maritime, bien sûr, et beaucoup de tremblements de terre, dont le plus important provenait de l’Alaska », a-t-il déclaré. « C’était gros – nous l’avons vu sur chaque canal (dans le câble) tous les 120 km. Nous avons également vu que nous pouvions détecter des orages lointains. »

Un exemple de la façon dont le système est capable de détecter les navires participants est le Norbjørn, un cargo général qui a été surpris en train de traverser un câble à fibre optique à environ 86,5 km de Longyearbyen. Les chercheurs ont pu estimer la vitesse du navire à partir de sa trajectoire à travers le câble, puis ils ont pu la vérifier avec un Système d’identification automatique des navires (AIS) un chemin.

Publication majeure de 1963

Les chercheurs ont d’abord été déconcertés par la série de dizaines d’ondes qu’ils ont détectées pendant la période d’observation. Chaque événement de vague a duré entre 50 et 100 heures, la fréquence des vagues augmentant de manière monotone tout au long de l’événement. Mais ils ont finalement réalisé que les signaux mystérieux étaient des houles envoyées par des tempêtes lointaines.

« Ce sont des vagues océaniques physiques qui se déplacent à la surface de la mer », a déclaré Landru.

Les ondes à basse fréquence se déplacent plus rapidement, suivies d’ondes à haute fréquence qui arrivent 6 jours plus tard. C’est un schéma qui a été reconnu en 1963, alors qu’il était océanographe Walter Munk a publié un article Il décrit comment les scientifiques peuvent déterminer d’où viennent les vagues générées par les tempêtes, en mesurant la pente du modèle fréquence-temps des vagues et en effectuant quelques calculs.

À l’aide de ces calculs, l’équipe de Landru a localisé la tempête tropicale Eduardo, qui se trouvait à 4 100 kilomètres de Svalbard dans le golfe du Mexique. Ils ont également localisé une grosse tempête au large du Brésil, à 13 000 kilomètres du câble du Svalbard.

Plus d’informations sur les tremblements de terre

Les géologues disposent déjà d’un réseau de capteurs qui les aide à surveiller et à mesurer les tremblements de terre, appelé Sismographes. Landru a déclaré que ces outils sont sensibles et fournissent une grande quantité d’informations détaillées.

Cependant, les sismographes sont très chers et ils ne sont pas aussi largement distribués que le réseau mondial de câbles à fibres optiques.

Le seul inconvénient d’un réseau à fibre optique est qu’il a un rapport signal sur bruit plus faible. Cela signifie qu’il y a beaucoup de bruit de fond et que le signal – du tremblement de terre – n’est pas clair ou fort par rapport au bruit de fond.

Mais l’avantage d’un réseau fibre est qu’il est déjà répandu et en place, ce qui signifie qu’il peut fournir des informations supplémentaires aux sismomètres existants. L’idée ne serait pas de remplacer le système existant, mais de le compléter.

« La question est alors, que pouvons-nous apprendre d’une méthode qui a un rapport signal sur bruit plus faible, mais une meilleure couverture spatiale ? Comment pouvons-nous utiliser ces informations supplémentaires, même si elles sont de moindre qualité, pour en savoir plus sur le tremblement de terre et ses caractéristiques ? », a déclaré Landru.

Surveiller les pipelines pour un éventuel sabotage

Il y a aussi la question de savoir si les réseaux de fibre optique existants pourraient être utilisés pour surveiller les pipelines sous-marins – particulièrement important compte tenu de l’explosion fin septembre qui a endommagé les pipelines Nord Stream 1 et 2.

Pouvons-nous utiliser cette technologie de fibre optique pour surveiller et protéger les infrastructures au fond de la mer ? Ceci est une question importante.

Le problème avec les pipelines est qu’ils font du bruit lorsque le gaz circule dans le tuyau.

« Avec le bruit de fond, nous devons caractériser le contraste naturel. Ensuite, si vous avez quelque chose qui s’approche de ce pipeline, quel est le seuil ? Quand agissez-vous, que pouvez-vous détecter ? Et nous ne savons pas », a-t-il déclaré. Le plan est donc de faire des tests personnalisés dans ce but. »

En fin de compte, l’idée pourrait être la surveillance en temps réel des pipelines pour s’assurer qu’ils sont sûrs. Déjà, les chercheurs disposent d’un véritable flux de données audio en provenance du réseau fibre de Svalbard.

Référence: Landrø, M., Bouffaut, L., Kriesell, HJ et coll. Détection des baleines, des tempêtes, des navires et des tremblements de terre à l’aide du câble à fibre optique de l’Arctique. Représentant scientifique 1 219226 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23606-x


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