La surveillance de l’activité crustale appartient à la catégorie des sciences de la Terre modernes et constitue la clé de la prévention et de l’atténuation des catastrophes. Il n’enregistre pas simplement les conditions sismiques, mais utilise un système technique complet pour suivre et analyser en permanence les changements dans les contraintes, déformations, déplacements et autres paramètres de la croûte terrestre. L'objectif est de comprendre les lois du mouvement des plaques, d'estimer les risques sismiques et de fournir des données pour les systèmes d'alerte précoce. Ce travail est lié à la recherche fondamentale et aux questions de sécurité publique, et son exactitude et son actualité affectent directement l'efficacité de la réponse aux catastrophes.
Pourquoi la surveillance de l'activité crustale est cruciale pour l'alerte précoce aux tremblements de terre
La source de données du système d’alerte précoce aux tremblements de terre est la surveillance de l’activité crustale. L’alerte précoce n’est pas une prédiction. Au moment du séisme, l'épicentre est rapidement localisé grâce au réseau de surveillance, la magnitude initiale est déterminée et une alarme est émise avant l'arrivée des ondes sismiques destructrices. La nature en temps réel et l’exactitude des données de surveillance déterminent le nombre de secondes d’alerte précoce. Ces précieuses secondes, voire dizaines de secondes, suffisent à ralentir les trains à grande vitesse, à fermer les gazoducs et à permettre au personnel de procéder à une évacuation d'urgence.
Par exemple, les stations à fortes vibrations et les stations d’observation continue GNSS dotées de zones de défense densément déployées peuvent être rapidement déclenchées lorsque les ondes sismiques P arrivent. Le centre de traitement des données utilise des algorithmes pour déterminer l'ampleur et l'impact d'un tremblement de terre en quelques secondes seulement, puis émet une alerte précoce. Sans un réseau de surveillance en temps réel à haute densité et haute fiabilité, rien de tout cela ne serait possible. Par conséquent, la densité de couverture, la vitesse de transmission des données et les capacités de traitement du réseau de surveillance déterminent directement l’efficacité du système d’alerte précoce et constituent le reflet le plus intuitif.
Comment surveiller la déformation de la croûte grâce au GPS et InSAR
Les principaux moyens utilisés pour surveiller la déformation à long terme et le glissement lent de la croûte terrestre sont le système de positionnement global, également connu sous le nom de GPS, désormais principalement appelé GNSS, et l'interférométrie radar à synthèse d'ouverture, appelée InSAR. La station continue GNSS peut mesurer avec précision les changements de position tridimensionnelle de la station au niveau millimétrique à centimétrique. Grâce à l'accumulation de données à long terme, il peut délimiter clairement la zone de compression des plaques, ainsi que la zone de verrouillage des défauts et la zone d'accumulation de déformation. Les informations obtenues constituent la base de base essentielle pour évaluer le risque sismique à long terme des défauts.
L’interférence de phase des images radar satellite est appelée technologie InSAR, qui peut générer des cartes de déformation de surface à grande échelle et à haute résolution spatiale. Il peut détecter des déformations subtiles dans les zones situées entre les stations GNSS et parfois détecter des « tremblements de terre silencieux » ou des événements de glissement lent sans tremblements de terre évidents. Le GNSS peut fournir des données ponctuelles continues dans le temps, et InSAR peut fournir des informations de surface spatialement continues. Ces deux technologies se complètent et construisent conjointement une compréhension des caractéristiques fines du mouvement crustal.
Quelles sont les principales méthodes d’observation des précurseurs de séismes ?
Afin de rechercher les anomalies physiques et chimiques pouvant survenir avant qu'un séisme ne se produise, des observations précurseurs de séisme sont effectuées. Les principales méthodes utilisées comprennent l'observation des déformations de la croûte, telles que les extensomètres et les inclinomètres ; observation des fluides souterrains, impliquant des changements dans le niveau de la nappe phréatique, la température de l'eau, le radon et d'autres contenus ; et l'observation électromagnétique de la terre, telle que la résistivité du sol, le champ géomagnétique, les perturbations électromagnétiques ; et analyse d'images d'activité sismique, etc. Ces observations sont destinées à capturer le type de signaux faibles qui peuvent se produire lorsque la contrainte atteint des niveaux critiques dans la région source du séisme.
Cependant, les précurseurs des tremblements de terre sont complexes et non uniques, ce qui rend leur identification extrêmement difficile. La même situation anormale peut être provoquée par de nombreux facteurs différents, et tous les tremblements de terre majeurs ne seront pas précédés de précurseurs clairs et identifiables. À l’heure actuelle, les observations de précurseurs sont généralement considérées comme une partie importante du réseau de surveillance, dans le but d’accumuler diverses données pour la recherche scientifique, et ne peuvent pas encore être utilisées comme outil de prévision indépendant. Sa valeur fondamentale réside dans sa capacité à approfondir la compréhension de l’ensemble du processus sismique.
Quels sont les défis techniques rencontrés par la surveillance sismique sous-marine ?
Environ 85 % des tremblements de terre dans le monde se produisent sous la mer. Cependant, la surveillance des fonds marins est extrêmement difficile. Le sismomètre traditionnel des fonds marins, également connu sous le nom d’OBS, repose sur des batteries pour l’alimentation électrique et le stockage des données. Il doit être recyclé régulièrement et ne peut pas transmettre de données en temps réel. Le coût de son déploiement est élevé, le coût de sa maintenance est tout aussi élevé et il est vulnérable aux dommages causés par l’environnement marin complexe et les activités humaines. La haute pression, la corrosion, l'adhésion biologique et d'autres conditions posent de sérieux défis à la stabilité à long terme de l'équipement.
Ces dernières années, la technologie des réseaux d’observation sous-marins est en train de se développer. Il tente de résoudre ce problème en posant des câbles optiques sous-marins, en fournissant une alimentation continue aux équipements de surveillance connectés et en réalisant une transmission de données en temps réel, créant ainsi un système d'observation stéréoscopique sous-marine à long terme, continu et en temps réel. Cela peut grandement améliorer la capacité de surveiller l’activité sismique aux limites des plaques océaniques. Cependant, les sommes investies dans cette technologie sont énormes et le projet est complexe. Actuellement, des constructions pilotes ne sont réalisées que dans quelques régions du monde.
Comment l’intelligence artificielle peut améliorer l’analyse des données de surveillance des tremblements de terre
Les données de surveillance massives, notamment les formes d'ondes sismiques, les déformations, les champs géophysiques, etc., dépassent de loin les capacités du traitement manuel. L’intelligence artificielle, notamment l’apprentissage automatique, change le paradigme de l’analyse des données. En termes de reconnaissance de phase sismique, le modèle d'IA peut détecter rapidement et précisément les arrivées d'ondes P et d'ondes S à partir du bruit de fond, et peut même identifier les signaux faibles. Par rapport aux méthodes traditionnelles, elle est plus efficace et plus stable.
Dans le domaine de la détection des anomalies, l’IA a la capacité d’apprendre une variété de modèles de données complexes pour aider à identifier d’éventuelles anomalies précurseurs ou des activités spéciales d’essaims sismiques. Il peut être utilisé pour la détermination rapide et automatique des paramètres sismiques (magnitude, mécanisme focal) et l’optimisation des modèles de probabilité de risque sismique. L’IA n’est pas destinée à remplacer les modèles physiques, mais à être un outil puissant permettant d’extraire des corrélations difficiles à détecter à l’œil humain à partir de données massives, améliorant ainsi l’efficacité et la visibilité de l’extraction d’informations.
Comment le public obtient-il et comprend-il les informations de surveillance de l’activité crustale ?
Les informations pertinentes peuvent être obtenues par le public via les canaux institutionnels officiels. Par exemple, les sites Web officiels de l'Administration chinoise des tremblements de terre, de l'United States Geological Survey (USGS) et d'autres institutions publieront des rapports sur les tremblements de terre, des catalogues historiques des tremblements de terre, des graphiques de séries chronologiques de déplacement GNSS, etc. en temps opportun ou presque en temps réel. Certaines régions proposent également des applications d’alerte aux tremblements de terre. Pour comprendre ces informations, il est important de noter que les fluctuations subtiles d’une donnée unique n’ont pas nécessairement une signification claire et que les conditions anormales doivent être vérifiées par un professionnel ; l’activité sismique est groupée et cyclique, et il est courant que des fluctuations se produisent à court terme.
Le public doit prêter attention aux cartes officielles de zonage des risques sismiques à long terme et aux normes de protection sismique des bâtiments. Ils ont une signification plus pratique en matière de prévention des catastrophes que la poursuite des « anomalies » à court terme, ce qui est très important. Connaître la répartition des failles dans la zone et l'emplacement des abris d'urgence, et maîtriser les méthodes nécessaires pour éviter les tremblements de terre telles que « s'accroupir sur le sol, se couvrir et se tenir avec les mains » sont les clés pour transformer les informations obtenues lors de la surveillance en actions sûres.
Sur la base du niveau actuel de la science et de la technologie, pensez-vous qu'il est plus urgent et plus efficace de réduire le nombre de victimes si les principales ressources sont investies dans l'amélioration de la rapidité de l'alerte sismique précoce en quelques secondes, ou dans la vulgarisation et l'amélioration de la résistance sismique des bâtiments ? Veuillez partager votre point de vue dans la zone de commentaires. Si cet article vous est utile, n'hésitez pas à le liker et à le soutenir.
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