Dans le génie civil, la fibre permet depuis longtemps de surveiller l’état des infrastructures, avec des équipements dédiés. La fibre déployée par les opérateurs peut aussi être mise à contribution, notamment pour détecter des tremblements de terre.

La sensibilité de la fibre optique

En 2017 déjà, des chercheurs de l’université de Stanford présentaient une technique permettant d’utiliser les fibres optiques traditionnelles dans ce cadre. En Haute-Savoie, de nouvelles recherches ont été menées cet été.

Une équipe de chercheurs provenant de l’Université Grenoble-Alpes et de celle de Savoie Mont-Blanc a demandé au Syane (l'établissement public des énergies et du numérique de la Haute-Savoie) et à l’opérateur Altitude Infra « d’identifier et de mettre à leur disposition un cheminement de fibre optique autour de la plaine d’Epagny. Un interrogateur DAS (Distributed Acoustic Sensing) permettant d’enregistrer les mouvements sismiques a été connecté sur le réseau en fibre », explique le communiqué de presse.

Des variations de quelques nanomètres suffisent

Cet appareil mesure les déformations longitudinales de la fibre optique : « Si le câble s’étire de quelques nanomètres, c’est qu’une secousse a été détectée ». La technologie Distributed Acoustic Sensing est une des méthodes disponibles, mais il en existe d’autres comme le rappelle Wikipédia.

Deux fibres optiques noires – c’est-à-dire non « allumées » pour faire transiter des données – ont été utilisées. Toutes les deux partent de Meythet (Annecy), puis vont dans des directions différentes : « La première mesure 10,09 km et va jusqu’à la Balme-de-Sillingy. La seconde, de 5,7 km de long, contourne l’aéroport et va jusqu’à Metz-Tessy ».

Les chercheurs ont pu « observer plusieurs phénomènes sismiques. Il s’agit de la première fois que des observations de ce type sont effectuées et que des méthodes d’intelligence artificielle (IA) sont utilisées pour le traitement des enregistrements », précise le communiqué.

C’est le cas du séisme de magnitude 3.2 de Dingy le 7 juin 2024. Quant à l’IA, elle permet d’aider à interpréter les résultats : « l’interprétation des résultats mesurés par les 15 km de fibres correspondant à l’équivalent de 300 000 capteurs sismiques classiques devient alors possible ».

Surveiller l’activité sismo-volcanique dans la région de Mayotte

Une autre utilisation prometteuse concerne les fibres sous-marines, pour les séismes et les tsunamis par exemple. En 2020, l’institut de physique du globe de Paris, Orange et le consortium FLY-LION3 signaient « une convention permettant aux chercheurs de l’institut d’utiliser le câble sous-marin très haut débit FLY-LION3 pour écouter l’activité sismo-volcanique de la région de Mayotte ».

« Les câbles sous-marins permettent non seulement de transporter les communications, mais aussi de repérer les vibrations du sol sur lequel est posée la fibre. Les équipements placés à l’extrémité de la paire de fibres vont permettre d’utiliser celle-ci comme une antenne permettant de mieux localiser des signaux sismiques de la région », expliquait l’Université de Paris Cité. Là encore, cela passe par des fibres noires.

Le laboratoire Géoazur Observatoire de la Côte d'Azur (Université Côte d'Azur) en parlait lui aussi il y a quelques années dans un article intitulé « des milliards de capteurs sismiques potentiels ». L’article était basé sur une publication scientifique dans Nature.

Des nanomètres aussi sous l’eau

Le principe était le même : « La méthode mise au point tire parti de petites impuretés contenues dans les fibres optiques, qui renvoient vers l’émetteur une partie de la lumière qu’elles transportent. En étirant ou en contractant la fibre, le passage d’une onde sismique ou acoustique modifie de manière infime l’écart entre ces impuretés, et donc le signal renvoyé ».

Et quand le laboratoire parle d’infime, c’est vraiment petit : « de l’ordre d’un nanomètre (un milliardième de mètre, environ le millième du diamètre d’un cheveu) ». Les fibres optiques sont en effet protégées par plusieurs couches isolantes pour résister à l’environnement sous-marin (pression par exemple).

Les résultats étaient là : « En injectant dans une fibre optique des pulses de lumière et en analysant le signal renvoyé, l’équipe a converti les 41 km de fibre optique en plus de 6 000 capteurs sismiques. Un séisme de magnitude 1,9 survenu au cours de l'expérience, pourtant localisé à plus de 100 km du câble, a été détecté par chacun des points de mesure avec une sensibilité proche de celle d’une station sismologique installée sur la côte ».

Des images pour (tenter d’) y voir plus clair

Géoazur propose deux illustrations des ondes sismiques enregistrées le long du câble fibre qui se trouve au fond de la mer au large de Toulon : « Sur l’enregistrement à droite, chaque ligne correspond à un point de mesure situé le long du câble, depuis la côte, en haut, vers le large, en bas (les 41 km étant équivalents à plus de 6000 capteurs). La différence de temps d’arrivée des ondes aux différents points de mesure permet de remonter à la localisation du séisme ».

La fibre peut aussi « écouter » le bruit sous-marin

Autres mesures réalisées : « l’empreinte des vagues sur le fond marin à proximité de la côte ». Et les chercheurs comparent la fibre à une immense ligne de micros : « un câble de télécommunication pourrait de la même manière capter le bruit sous-marin produit par les navires ou par les cétacés ».

Il faut par contre choisir entre mesures de l’environnement et transmission de données. Pour les chercheurs, ce n’est pas forcément un problème : « Un certain nombre de câbles actuellement en service vont être "mis à la retraite" par les opérateurs de télécommunication au cours des prochaines années. Grâce à ces travaux, ils connaîtront peut-être une deuxième vie ».