La mesure, les capteurs et stations sismologiques, les réseaux sismologiques

Ce calcul se fait par rapport au soleil, aux astres (qui donnent des repères à des moments très précis, par exemple le moment où le soleil est à son zénith) et une horloge très précise qui découpe le temps jusqu’à des fractions de secondes. En sismologie, on utilise l’heure internationale (TU-temps universel), pour l’heure d’arrivée d’une onde à une station donnée ou l’heure du séisme, afin d’avoir une référence unique à l’échelle mondiale.
En savoir plus suivre les liens suivants Heure en France et Temps universel.

Les instruments sont testés et étalonnés en laboratoire, soit par rapport à un capteur de référence soit en utilisant des vibrations (table vibrante) et en vérifiant la mesure de l’instrument.

Nous avons installé nos premières stations en 2017 à Strasbourg, proche de l’EOST, afin de les tester. En 2018, observant une activité croissante de la microsismicité, nous avons décidé d’augmenter le nombre de stations autour de Strasbourg. Cette démarche nous a permis d’étudier précisément la crise de Strasbourg fin 2019. Dans le projet en cours (ANR PrESENCE), notre objectif est de rajouter des dizaines de stations pour couvrir une zone plus étendue et densifier le réseau en réduisant la distance entre les stations.

Nous partons d’un maillage théorique optimal. Ensuite il est adapté, dans certaines limites, en fonction d’une part de la localisation des volontaires et de leur profil sociologique pour les études en Sciences Humaines et Sociales via des entretiens des hébergeurs et d’autre part de la présence à proximité de sources de bruit anthropique importantes (route très fréquentée, chemin de fer, exploitation de carrières, etc.).

Oui, si on veut regarder et étudier la sismicité proche. Cela nous permet de détecter des petits séismes, de bien les localiser et surtout de bien connaître leur profondeur. Si les stations sont éloignées, on a une incertitude forte sur la profondeur. Par contre, si l’on veut observer la sismicité lointaine, l’intérêt est réduit sauf pour des applications très particulières.

Lorsque l’appel à volontaire a été fait, on a précisé qu’il y a un engagement de laisser la station sismologique branchée 24h/24, ce qui suppose ne pas la débrancher ni de la prise électrique ni de la box internet. Notre objectif est de ne pas avoir de coupure pour suivre en continu l’activité sismique. L’absence de données est la hantise du sismologue. Si vous débranchez la station de la box, il y a une mémoire interne des 7 derniers jours, mais on doit se déplacer pour la copier avant 7 jours. Si ce n’est pas fait, les mesures sont définitivement perdues. Si plusieurs hébergeurs coupent la transmission et qu’un séisme a lieu, on peut perdre notre capacité à détecter et localiser précisément ce séisme ou les séismes d’une séquence.

Si cette station est disponible à tous, donc à l’EOST, elle est bien sûr utile. Dans nos tests, on montre qu’en dehors de cas très rares, elles sont conformes aux spécifications du constructeur. Par contre, n’ayant pas sa localisation exacte, dû au floutage des coordonnées, on aura plus d’incertitude sur les localisations des séismes et les effets du sous-sol sur les signaux (effets de site).

La mesure a un intérêt certain, elle permet de quantifier précisément la secousse là où est le capteur. Dans ce cas, on s’intéresse au site d’observation.
Si on est intéressé par la source, où a lieu le séisme et quelles sont ses caractéristiques, il faut plusieurs capteurs et des outils d’analyses mais aussi une compétence métier pour un contrôle qualité des résultats. Il y a un aspect expertise qui peut s’acquérir. Pour un observatoire sismologique, on a besoin de la mise à disposition des données de façon publique, ce qui augmente l’intérêt de la mesure (les sismologues ont compris depuis longtemps que le partage des données est indispensable) et le besoin des coordonnées précises de la station.

Le principe de base, lorsque l’on est intéressé par le mouvement du sol, est de positionner le capteur au niveau du sol naturel. Dans un bâtiment, il peut s’agir du sous-sol ou du RDC. On accepte l’installation au 1er étage car le mouvement n’est quasi pas modifié (son amplitude) dans ces conditions. Par contre, il est toujours posé au niveau du sol ou du plancher, jamais sur un objet, un meuble ou un mur.

En France hexagonale, il y a d’autres collègues qui ont installé des stations RaspberryShake, notamment dans le secteur de Pau et de Lacq dans les Pyrénées. Nous avons été les pionniers en France et nous sommes les seuls sur une surface aussi grande (Alsace et Vosges) et avec un nombre aussi important (plus d’une centaine en 2024) et des interactions aussi régulières avec les hébergeurs. Si l’on regarde au niveau mondial, il y a diverses initiatives, plus ou moins importantes, souvent orientées vers des projets d’éducation des élèves, assez rarement pour un objectif d’observatoire sismologique comme dans notre cas. Lors du dernier congrès Européen de Géoscience (EGU) réunissant des scientifiques du monde entier, des projets anglais et irlandais à destination du grand public et un projet intégré à un observatoire sismologique ukrainiens ont été présentés.

L’observation, les enregistrements

Oui, les sismogrammes des séismes les plus importants d’Europe ont été numérisés dans les années 2000. D’autres initiatives comparables ont eu lieu à divers endroits de par le monde. Mais tous les sismogrammes mondiaux n’ont pas encore été numérisés. Il s’agit du «scan», donc d’une «photo», de l’enregistrement papier. En savoir plus.

Oui, tout le temps en continu 24h/24, en essayant de n’avoir aucune interruption. Savoir qu’il n’y a pas eu de séismes ou de n’en louper aucun est très important pour analyser leur fréquence et calculer des probabilités de séismes futurs. Ne pouvant prévoir les séismes, perdre des enregistrements diminue aussi la qualité des résultats. De plus, le signal enregistré entre les séismes (bruit sismique) est aussi une source d’information qui est de plus en plus utilisée.

Oui, si une station est dans un bâtiment qui bouge, il va enregistrer ce mouvement. Pour éviter l’influence du bâtiment sur la mesure, on cherche à déconnecter le bâtiment du capteur autant que possible. Pour une station permanente, on isole (sépare, découple) le socle où est posé le capteur du bâtiment. C’est le cas pour les Wiechert du musée sismologique où l’on voit une découpe dans le sol du bâtiment pour isoler le capteur.
Pour les Raspberry Shake, ils sont obligatoirement dans un bâtiment. On limite le déploiement au sous-sol, RDC ou max le 1er étage, pour éviter que le mouvement enregistré soit affecté par la hauteur du bâtiment et donc d’une amplification du mouvement par le bâtiment. L’idée est de rester au plus près de la secousse du sol. Par contre, les bâtiments importants et hauts retransmettent leurs vibrations au sol (dues au vent ou à une secousse sismique) via les fondations et peuvent ainsi impacter la mesure. On limite donc les installations de Raspberry Shake dans de petits bâtiments pour nos applications.

S’ils sont très petits et qu’il n’y a pas de stations proches, on peut ne pas les détecter ou sur trop peu de stations pour les localiser. Sinon, surtout avec un réseau dense, on les observe très bien, comme les séismes. Ils sont d’ailleurs beaucoup plus nombreux que les séismes mais l’objectif d’un observatoire sismologique n’est pas de tous les localiser, donc seulement certains apparaissent dans les catalogues. Il y a d’ailleurs tout un travail pour différentier un séisme d’un tir de carrière. Les tirs de carrières les plus importants sont répertoriés dans nos bases de données et catalogues. Et nous gardons aussi le signal enregistré 24h/24 permettant de travailler ce sujet. A noter que les exploitants de carrières appliquent de plus en plus des techniques limitant fortement les secousses. En allant sur le site Renass, vous trouverez certainement de nombreux tirs de carrière dans la liste des évènements récents.

Les signaux ne sont pas modifiés, ils sont les mêmes. Sur l’hélicorder en local (via rs.local), cela reste un affichage simplifié et avec une résolution faible mais c’est bien les signaux enregistrés. Via l’interface de RaspberryShake, ces signaux correspondent à l’enregistrement et sont des données numériques, pas seulement un affichage. On peut donc lui appliquer divers traitements. Les signaux que nous recevons à l’EOST, que ce soit via RaspberryShake ou directement de la station via le VPN, sont identiques. Via le VPN, on réduit fortement la perte de données lors de la transmission entre la station et l’EOST mais on ne change pas la mesure.

Oui, via l’interface RaspberryShake si vous avez accepté le partage des données. Il n’y a pas de procédure simple en local sans passer par le site RaspberryShake. Sur la page “Station view” du site web de Raspberry Shake (lien direct), il est possible de faire une requête de données via le bouton “Build your own data request” après avoir sélectionné une station. Vous pourrez grâce à l’interface construire votre propre requête en choisissant la période et les stations. Les données récupérées sont au format international mseed qui demande des outils spécifiques pour pouvoir être visualisées et/ou traitées. Voir la rubrique ressources

Cela dépend des stations et des moments de la journée. Si elle est trop bruitée, donc inexploitable, nous en cherchons l’origine (station, lieu dans le logement, environnement extérieur, etc.) et si nous ne trouvons pas de solution elle est déplacée. Les stations actuellement déployées ne sont donc pas «trop bruités». Malgré cette limitation, elles ont un apport incontestable au suivi de la sismicité et sa caractérisation fine.

Pour les coupures courtes, quelques secondes, il y a une récupération automatique. Pour les coupures plus longues, les signaux sont enregistrés sur une carte mémoire dans la station, qui a une capacité d’environ 7 jours. L’accès aux données nécessite d’accéder à la station en se déplaçant ou pour certaines via une action manuelle. Après 7 jours, les mesures sont définitivement perdues. C’est la raison pour laquelle nous demandons que la station reste connectée 24h/24. Le nombre de stations installées nous permet cependant de limiter l’impact de la perte de quelques données pour nos travaux.

En France, cette transition s’est faite dans les années 1960, avec des technologies qui ont évolué depuis. Au début, on n’enregistrait que les plus gros séismes avec un seuil de déclenchement et donc ce n’était pas en continu. Le passage aux enregistrements en continu a été fait dans les années 1990-2000 avec l’augmentation des capacités des mémoires informatiques et des transmissions.

Les analyses, travaux, applications, la sismicité

Impact des séismes, protection, parasismique