Crédit d'image: ESA
Lorsqu'un puissant tremblement de terre a secoué le sol en Alaska il y a un an, il a également fait trembler l'atmosphère de la Terre. L'ionosphère commence à 75 km et monte à 1000 km d'altitude, et elle amplifie toute perturbation qui se produit au sol en dessous - une perturbation d'un millimètre au sol pourrait devenir une oscillation de 100 mètres à 75 km d'altitude. Cela donne aux scientifiques un nouvel outil pour suivre les tremblements de terre dans le monde.
Un violent tremblement de terre qui a fissuré les routes en Alaska a fait trembler le ciel ainsi que la terre, a confirmé une étude soutenue par l'ESA.
Ce fait pourrait aider à améliorer les techniques de détection des tremblements de terre dans les zones dépourvues de réseaux sismiques, y compris le plancher océanique.
Une équipe de l'Institut de Physique du Globe de Paris et du California Institute of Technology a utilisé avec succès la constellation de satellites Global Positioning System (GPS) pour cartographier les perturbations dans l'ionosphère après le tremblement de terre de magnitude 7,9 de novembre dernier à Denali, en Alaska.
Leur article a été publié dans la revue scientifique Geophysical Research Letters. La recherche elle-même a été menée à l’appui du projet pilote d’applications de météorologie spatiale de l’ESA, visant à développer des systèmes de surveillance opérationnelle des conditions spatiales pouvant influencer la vie ici sur Terre.
L'ionosphère est une région atmosphérique remplie de particules chargées qui recouvre la Terre entre des altitudes d'environ 75 à 1 000 km. Il a une capacité notable d'interférer avec les ondes radio qui se propagent à travers lui.
Dans le cas particulier des signaux de navigation GPS, reçus sur Terre de satellites en orbite, des fluctuations de l'ionosphère? connus sous le nom de «scintillations ionosphériques» - peuvent entraîner des retards de signal, des erreurs de navigation ou, dans des cas extrêmes, plusieurs heures de verrouillage de service à des endroits particuliers.
Mais alors que de telles interférences peuvent être un inconvénient pour les utilisateurs de GPS ordinaires, elles représentent une aubaine pour les scientifiques. En mesurant des décalages encore plus réduits du temps de propagation du signal GPS - causés par des variations de la densité électronique locale lorsque le signal traverse l'ionosphère - les chercheurs ont à portée de main un moyen de cartographier les fluctuations ionosphériques en temps quasi réel.
L'équipe française et américaine a utilisé des réseaux denses de centaines de récepteurs GPS fixes en place à travers la Californie. Ces réseaux ont été initialement créés pour mesurer les petits mouvements du sol dus à l'activité géologique, mais ils peuvent également être utilisés pour tracer la structure de l'ionosphère sur trois dimensions et dans les moindres détails.
Puis, lorsque le tremblement de terre de Denali s'est produit le 3 novembre 2002, l'équipe a eu l'occasion d'utiliser cette technique pour étudier une autre propriété distinctive de l'ionosphère, sa capacité à fonctionner comme un amplificateur naturel d'ondes sismiques se déplaçant à travers la surface de la Terre.
Il existe plusieurs types d'ondes sismiques qui déplacent le sol pendant un tremblement de terre, la plus grande échelle et celle qui effectue la majeure partie du mouvement est connue sous le nom de vague de Rayleigh. Ce type de vague roule le long du sol de haut en bas et d'un côté à l'autre, de la même manière qu'une vague roule le long de l'océan.
Des recherches antérieures ont établi que les ondes de choc des ondes de Rayleigh provoquaient à leur tour des perturbations à grande échelle dans l'ionosphère. Un déplacement crête à crête d'un millimètre au niveau du sol peut provoquer des oscillations supérieures à 100 mètres à une altitude de 150 km.
Ce que l'équipe a pu faire après le séisme de Denali a été de détecter un front d'onde distinct se déplaçant à travers l'ionosphère. «L'utilisation du réseau nous a permis d'observer la propagation des ondes», explique le co-auteur Vesna Ducic. «Nous pourrions également séparer le petit signal de contenu électronique total des très grandes variations de contenu électronique total liées à la variation quotidienne de l'ionosphère.»
L'équipe a observé un signal deux à trois fois plus important que le niveau de bruit, arrivant environ 660 à 670 secondes après l'arrivée de Rayleigh Waves au sol. Et comme environ six satellites GPS sont visibles par chaque récepteur au sol, ils ont pu calculer l'altitude de perturbation maximale? environ 290 à 300 km de dénivelé.
Les signaux étaient faibles et seulement échantillonnés toutes les 30 secondes, avec une résolution maximale de 50 km et un taux de bruit global élevé. Mais le signal ionosphérique observé avait un schéma clair conforme aux modèles de comportement sismique. L'espoir est que la technique pourra être améliorée à l'avenir et utilisée pour détecter les tremblements de terre dans les zones sans détecteurs sismiques, tels que l'océan profond ou les îles proches.
«Dans le cadre de Galileo, nous prévoyons de développer cette recherche ,? dit Ducic. «Galileo doublera le nombre de satellites et permettra donc des cartes beaucoup plus précises de l'ionosphère. On peut également prévoir que l'Europe développera un réseau dense de stations Galileo / GPS qui participeront au suivi de ces phénomènes.
«L'ESA, en collaboration avec le ministère français de la recherche et le CNES, a déjà décidé de financer un projet pré-opérationnel intitulé SPECTRE - Service et produits pour le contenu électronique de l'ionosphère et l'indice de réfraction troposphérique sur l'Europe à partir du GPS - consacré à la cartographie haute résolution de la ionosphère. Nous effectuerons une cartographie au-dessus de l'Europe ainsi que de la Californie.
«Ces investigations soutiendront le microsatellite DEMETER (Détection des émissions électromagnétiques transmises par les régions sismiques) de l’agence spatiale française CNES, qui sera lancé en 2004 et dédié à la détection dans l’ionosphère de signaux sismiques, volcaniques et artificiels. Ces activités de l'ESA seront réalisées dans le cadre du projet pilote d'applications de météorologie spatiale. »
Le projet pilote d'applications de météorologie spatiale est une initiative de l'ESA qui a déjà commencé à développer une large gamme de services orientés applications basés sur la surveillance de la météo spatiale.
Les services cofinancés en cours de développement - dont ce projet fait partie - comprennent également la prévision des perturbations des systèmes d'alimentation et de communication, et la fourniture d'une alerte précoce aux opérateurs d'engins spatiaux des dangers présentés par l'augmentation des activités météorologiques solaires et spatiales. L'espoir est qu'un service de détection sismique basé sur des mesures ionosphériques puisse à l'avenir compléter les ressources existantes en Europe et ailleurs.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESA
