La fibre optique Internet pourrait fournir des informations précieuses sur les phénomènes géologiques


La fibre optique Internet pourrait fournir des informations précieuses sur les phénomènes géologiques

Vue d’ensemble des câbles à fibres optiques utilisés pour le projet FORESEE, où les scientifiques ont utilisé des câbles existants pour surveiller les événements géologiques. Crédit photo: Foresee, Penn State

Les câbles à fibres optiques fonctionnent sous presque tous les réseaux urbains des États-Unis, fournissant Internet et la télévision par câble pour des millions de personnes. Et si ces systèmes pouvaient également fournir des informations précieuses les événements dangereux tels que les tremblements de terre et les inondations? Une équipe de chercheurs de Penn State a découvert qu’ils pouvaient faire exactement cela.

Les scientifiques utilisent la technologie DAS (Fiber Optic Distributed Acoustic Sensing) pour transformer l’infrastructure de télécommunications déjà installée sous terre en une ressource précieuse pour la surveillance des vibrations du sol.

«Nous avons constaté que les fibres peuvent capter une grande variété de vibrations de signaux, des orages aux pas humains en passant par les concerts de musique», a déclaré Tieyuan Zhu, professeur adjoint de géophysique à Penn State et chercheur principal du projet. « Nous pouvons même dire la chanson spécifique lors d’un concert par le motif des notes aiguës et graves. C’est une excellente démonstration de la sensibilité de ces capteurs. »

Les dispositifs de surveillance sismique traditionnels appelés géophones sont difficiles à utiliser dans les zones urbaines. Obtenir l’autorisation et l’espace nécessaires pour installer des capteurs, protéger les capteurs contre le vol et le vandalisme, ainsi que le coût élevé de leur maintenance, rendent impossible l’obtention de données fiables à terme, ont déclaré les scientifiques.

La technologie DAS permet aux scientifiques de connecter des fibres inutilisées appelées fibres sombres, ce qui réduit considérablement le coût et le temps de configuration qui entravent les équipements de surveillance sismique traditionnels. Une unité d’interrogation laser n’a besoin d’être attachée qu’à une extrémité d’une section de fibre pour commencer à collecter des données, ont déclaré les scientifiques.

«Plusieurs expériences en Californie ont été menées par des équipes utilisant l’infrastructure de télécommunications existante», a déclaré Zhu. « L’utilisation de cette technologie sur la côte Est est importante car nous avons une géologie très particulière ici. »

Le sol et le substrat rocheux plat des monts Allegheny créent des propriétés géophysiques complexes proches de la surface. Le substrat rocheux en dessous peut se dissoudre lentement en raison de la circulation des eaux souterraines qui peuvent former des gouffres et des cavernes. En particulier dans les zones urbaines, l’effondrement des gouffres et la résolution des problèmes peuvent mettre en danger la sécurité humaine et la propriété. De plus, de brusques changements saisonniers de température et de précipitations créent un environnement très différent de celui de la Californie.

Zhu et son équipe de recherche ont créé le projet Penn State Fiber-Optic for Environmental SEnsEing (FORESEE), la première utilisation de la technologie DAS dans l’est des États-Unis. Le but de ce projet était de surmonter le défi de longue date de la surveillance en temps des changements physiques, chimiques et biologiques de l’environnement et du sous-sol dans les zones urbaines. FORESEE vise également à développer les matrices de de fibre DAS pour transformer le campus de Penn State University Park et ses environs en un laboratoire vivant de collecte de données haute résolution sur les systèmes environnementaux, énergétiques et d’infrastructure. Les chercheurs rapportent leurs résultats dans Terre solide.

L’équipe a eu accès à des câbles à fibres optiques sombres sous le campus et a converti le câble en 2 300 capteurs sismiques à l’aide du DAS. À partir d’avril 2019, ils ont ensuite enregistré en continu des données sur les vibrations du sol le long de l’itinéraire de 3 miles. L’expérience a généré des dizaines de téraoctets de données qui ont été stockées sur un serveur de stockage connecté au réseau. Le serveur a ensuite été connecté à un réseau Internet, donnant aux scientifiques un accès à distance aux données en temps réel. La densité des enregistrements DAS a fourni une résolution exceptionnelle qui a permis de mieux comprendre leur cause et a permis aux chercheurs de différencier les différents signaux, ont déclaré les scientifiques.

Les résultats préliminaires suggèrent que le DAS est capable de capturer les vibrations à large bande et de distinguer les signatures sismiques de divers tremblements de terre et les sources anthropiques d’événements tels que les explosions minières, les véhicules, les concerts de musique et les marches.

CELA n’est cependant pas sans limites. Les géophones conventionnels se composent de trois composants, deux capteurs horizontaux et un capteur vertical, qui peuvent être utilisés pour détecter les vibrations dans toutes les directions. Cependant, la technologie DAS ne peut détecter les vibrations qu’horizontalement car il n’y a pas besoin de capteurs verticaux dans les câbles à fibres optiques pour Internet et le câble. Par conséquent, les données ne sont pas aussi complètes que les données des géophones conventionnels.

« Nous savons que c’est une limitation », a déclaré Zhu. « Espérons que cela pourra être surmonté avec la nouvelle technologie de fibre dans les cinq prochaines années. »

En plus de ses utilisations géologiques, le DAS peut fournir des informations sur divers modèles d’activité humaine pertinents pour la santé publique et l’urbanisme. La surveillance et le détournement du trafic, qui ne nécessitent pas de données de téléphone portable privé, la détection des coups de feu, la surveillance de la pollution sonore industrielle et la surveillance de l’approvisionnement en eau souterraine peuvent tous être améliorés en utilisant la technologie DAS, ont déclaré les scientifiques. La valeur du DAS a également été reconnue dans des environnements inaccessibles et difficiles, permettant des observations océaniques au large et la surveillance de la stabilité du pergélisol dans l’Arctique.

Maintenant que les chercheurs savent ce que la technologie peut faire, Zhu a déclaré que la prochaine étape consistait à utiliser le DAS pour surveiller les événements plus petits à long terme tels que les mouvements souterrains qui conduisent à des gouffres et des inondations. Ils veulent également étudier les événements qui se produisent lorsque l’atmosphère frappe la Terre, car il n’y a actuellement aucun moyen de surveiller comment l’énergie d’un orage affecte la surface proche de la Terre solide.

«Les baies DAS qui exploitent les fibres de télécommunications existantes peuvent jouer un rôle croissant dans le développement de villes résilientes et durables», a déclaré Zhu.


Les câbles à fibre optique captent le grondement du tonnerre


Plus d’information:
Tieyuan Zhu et al., Capturing Earth and Environment Dynamics Using Fiber Optic Telecommunication Sensors: An Urban Experiment in Pennsylvania, USA, Terre solide (2021). DOI: 10.5194 / se-12-219-2021

Fourni par Pennsylvania State University

Citation: La fibre optique Internet fournir des informations précieuses sur les phénomènes géologiques (2021, 25 février), qui seront publiées le 25 février 2021 sur https://phys.org/news/2021-02-internet-fiber-optics-valuable- aperçu. html

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