Des scientifiques déploient un réseau de capteurs à distance pour suivre un essaim sismique aux Samoa américaines

Société sismologique d'Amérique, Albany, CA

Contexte : un essaim sismique sans surveillance

Fin juillet à octobre 2022, les résidents des îles Manu'a aux Samoa américaines ont ressenti la terre trembler plusieurs fois par jour, soulevant des inquiétudes quant à une éruption volcanique ou un tsunami imminent.

Un catalogue sismique pour la zone n'a rien révélé, car les îles manquaient d'un réseau de surveillance sismique capable de mesurer les secousses et d'aider les sismologues dans leur recherche de la source de l'essaim sismique.

Mais les résidents des îles Ta'ū, Ofu et Olosega avaient besoin de réponses. Clara Yoon de l'U.S. Geological Survey et ses collègues ont trouvé une autre façon de combler les lacunes sismiques. Ils ont utilisé l'apprentissage automatique et une technique appelée « template matching » sur les données de secousses enregistrées par un unique capteur sismique situé à 250 kilomètres de l'essaim des Samoa américaines.

Ils ont suivi l'essaim en utilisant ces données de station unique, combinées aux rapports de secousses des résidents, jusqu'à l'installation de stations sismiques permanentes locales aux Samoa américaines en août et septembre 2022.

Origine et caractéristiques de l'essaim

L'essaim sismique volcanique non éruptif a débuté en juillet 2022 à environ 15 kilomètres au large de l'île Ta'ū. Les îles volcaniques des Samoa surgissent alors que la plaque tectonique du Pacifique se déplace sur un point chaud dans le sud de l'océan Pacifique.

Les rapports des résidents sur les secousses fréquentes, se produisant plusieurs fois par jour pendant quelques secondes, étaient la seule information sur l'essaim au début. « Quand les tremblements de terre ont commencé, les Samoa américaines n'avaient aucune surveillance géophysique instrumentale, donc même des informations de base sur la source des secousses — avec des implications pour la prise de décision d'urgence et la sécurité publique — étaient inexistantes », a déclaré Yoon.

Solution innovante : station distante et deep learning

Pour remédier à cela, les chercheurs se sont tournés vers une station sismique distante sur Upolu, Samoa, faisant partie du Global Seismographic Network, dont les données peuvent être téléchargées en quasi-temps réel via le centre de données EarthScope, a expliqué Yoon.

Le signal sismique de l'essaim des Samoa américaines était difficile à détecter à la station distante. Yoon et ses collègues ont donc utilisé un modèle d'apprentissage profond appelé EQTransformer, ainsi qu'une technique appelée template matching, pour isoler ces minuscules tremblements de terre d'un fond sismique bruité.

Clara Yoon : « EQTransformer a trouvé de nombreux tremblements de terre avec des localisations cohérentes avec l'est des Samoa américaines, le plus grand correspondant aux moments des rapports de ressenti. Ces rapports de ressenti, contribués par les résidents locaux au National Weather Service, étaient des sources de données essentielles sur les tremblements de terre, et nous ont donné confiance que les événements détectés par EQTransformer étaient bien les mêmes tremblements de terre ressentis par la population locale. »

Résultats et implications

Avec ce nouveau catalogue sismique pour l'événement, les chercheurs ont pu caractériser l'apparition et le pic d'activité de l'essaim. Des capteurs Raspberry Shake portables et peu coûteux déployés en août 2022 ont aidé à localiser rapidement la zone de l'essaim. L'essaim s'est terminé en octobre 2022 sans éruption, mais était probablement lié au mouvement de magma volcanique, ont conclu les chercheurs.

Yoon a déclaré qu'une approche comme leur technique à station unique pourrait être utile dans d'autres endroits du monde où la surveillance sismique permanente est rare et le risque sismique mal compris, comme les régions offshore avec potentiel de tsunami ou les tremblements de terre à l'intérieur d'une plaque tectonique. Elle a ajouté que le plus grand tremblement de terre de l'essaim des Samoa américaines était de magnitude 4,5, le rendant peu susceptible d'être détecté par les réseaux sismiques mondiaux.

Clara Yoon : « Si personne n'avait vécu à proximité pour signaler les secousses fréquentes, cet essaim des Samoa américaines serait peut-être passé entièrement inaperçu. De nombreuses sources et phénomènes sismiques inconnus attendent d'être découverts, peut-être par de futures applications à grande échelle d'approches d'apprentissage profond en sismologie. »

Pour plus d'informations, contactez la Société sismologique d'Amérique à [email protégé].