Dans l’après-midi du 12 janvier 2010, un tremblement de terre de magnitude 7,0 a frappé à environ 16 miles à l’ouest de la capitale d’Haïti, Port-au-Prince. Parmi les catastrophes sismiques les plus importantes enregistrées, plus de 100 000 personnes ont perdu la vie. Les dégâts, qui coûtent des milliards de dollars, ont fait plus d’un million de sans-abri et détruit une grande partie de l’infrastructure de la région. La terre s’est déchirée à une profondeur relativement faible d’environ 8 miles, renversant des bâtiments mal construits.

À l’époque, Haïti n’avait pas de réseau sismique national. Après l’événement dévastateur, les scientifiques ont installé des stations sismiques coûteuses dans tout le pays, mais cette instrumentation nécessite un financement, des soins et une expertise ; aujourd’hui, ces stations ne sont plus fonctionnelles. En 2019, les sismologues ont choisi d’essayer quelque chose de différent et de beaucoup moins cher : la sismologie citoyenne via Raspberry Shakes.

Le matin du 14 août 2021, au milieu d’un été de blocages liés au COVID-19 et de troubles politiques, un autre tremblement de terre a frappé, offrant l’occasion de tester à quel point ces appareils alimentés par Raspberry-pi pourraient être utiles. Dans un article publié jeudi dans Science, des chercheurs ont décrit l’utilisation des données de Raspberry Shake pour démontrer que ce réseau de science citoyenne a surveillé avec succès à la fois le choc principal et les répliques ultérieures et a fourni des données essentielles pour démêler ce qui s’est avéré être un déchirement moins que simple de La terre.

Tremblement de terre plus puissant

L’événement d’août 2021 s’est produit avec une magnitude de 7,2, soit 40 % plus puissant que son prédécesseur de 2010. Il s’est rompu le long de la même zone de faille mais dans une région plus rurale, entraînant relativement moins de pertes. Néanmoins, environ 2 500 personnes ont perdu la vie, 13 000 ont été blessées et au moins 140 000 maisons ont été détruites ou endommagées.

L’un des Raspberry Shakes installés en 2019 se trouvait à environ 21 kilomètres de l’épicentre, avec deux autres stations citoyennes suffisamment proches pour détecter le tremblement de terre. Avec deux autres stations sismiques à Port-au-Prince – une à l’ambassade des États-Unis et un autre instrument pédagogique dans un lycée local – la notification Raspberry Shake est arrivée dans la minute qui a suivi le tremblement de terre, a déclaré Eric Calais. (Calais faisait partie des scientifiques à la tête de la réponse internationale après les tremblements de terre de 2010 et 2021 et un chef de file de l’initiative de science citoyenne.) Deux autres Raspberry Shakes près de l’épicentre, indisponibles pendant le choc principal en raison de problèmes de connectivité Internet, ont été reconnectés par leur hôtes dans les deux heures.

Un réseau peu utile

Pour détecter tout grondement dans le sol, y compris les tremblements de terre, vous avez besoin d’une station sismique remplie de capteurs, d’un moyen d’enregistrer les données, d’un endroit pour stocker ces informations et de l’alimentation pour faire fonctionner l’ensemble de l’engin. Les sismologues s’appuient généralement sur des stations sismiques coûteuses qui doivent être soigneusement installées pour minimiser les vibrations de fond causées par les personnes, le vent et même les changements de pression atmosphérique. Pour rapporter des données en temps réel, les stations ont besoin d’une communication constante via des réseaux cellulaires ou des liaisons par satellite. Ces stations doivent être entretenues par des spécialistes formés spécifiquement à cet effet.

Après le tremblement de terre de 2010, le réseau sismique conventionnel nouvellement installé devait être entretenu par le Bureau des mines et de l’énergie d’Haïti. En 2018, lorsqu’un tremblement de terre de magnitude 5,9 a tué 17 personnes, aucune de ces stations n’était fonctionnelle, obligeant la population haïtienne à se fier aux informations recueillies à distance par l’US Geological Survey.

Selon le co-auteur et sismologue Anthony Lomax, son impression des scientifiques haïtiens est qu’un obstacle majeur à un réseau sismique stable est l’anarchie générale, allant du vol d’équipement à l’enlèvement de rançon.

« Les trois routes principales de Port-au-Prince vers les provinces sont contrôlées par des gangs », a reconnu Calais. « Le gouvernement a dû les payer pour qu’ils arrêtent de tirer et de voler afin que l’aide humanitaire puisse passer après le séisme.

Framboise Shake à la rescousse

Les Raspberry Shakes, des stations sismiques plug-and-play bon marché qui nécessitent peu d’entretien, peuvent contourner bon nombre des problèmes qui affligent le réseau sismique conventionnel. Soutenus par un ordinateur Raspberry Pi qui gère le téléchargement des données sur les serveurs, les Raspberry Shakes ont besoin d’une connexion Internet et d’une prise murale pour fournir respectivement le stockage des données et l’alimentation. Alors que les stations sismiques conventionnelles peuvent coûter bien plus de 10 000 $ chacune, ces instruments ne coûtent qu’une fraction de cela : environ 400 $.

Bien qu’il existe plusieurs modèles capables de mesurer différentes choses (comme ce Raspberry Shake et Boom, qui comprend également un détecteur d’infrasons), les scientifiques responsables du déploiement du réseau scientifique citoyen d’Haïti ont opté pour le Raspberry Shake 4D, qui comprend un détecteur de vitesse verticale et des accéléromètres qui mesurer le mouvement dans deux directions horizontales ainsi que de haut en bas. Le financement de ce projet provient principalement de deux instituts français, a déclaré la co-auteure Françoise Courboulex. Le réseau Raspberry Shake a été principalement installé à travers Haïti par Steeve Symithe et Calais.

Symithe, Calais et leurs concitoyens scientifiques ont placé des stations dans des endroits pratiques, comme les salons mentionnés ci-dessus, qui avaient tendance à être des lieux plutôt bruyants. Les vibrations ambiantes captées par ces stations sont généralement beaucoup plus élevées qu’une station sismique conventionnelle qui est à l’abri des tremblements de la vie quotidienne par des voûtes spécialement conçues. Malgré le bruit, ces Raspberry Shakes fournissent toujours des informations précieuses dans un pays dépourvu d’autres instruments sismiques.

Actuellement, de nombreuses stations fournissent des données en temps réel, disponibles sur la plateforme ayiti-seismes. Ce réseau peut détecter des tremblements de terre de magnitude beaucoup plus faible en Haïti que les autres réseaux régionaux des Caraïbes, avec les derniers emplacements et magnitudes disponibles sur le site Web.

Essai d’agitation

La station Raspberry Shake la plus proche du tremblement de terre, R50D4, a fourni des informations inestimables pendant et après le tremblement de terre. Premièrement, l’accélération maximale du sol – l’accélération maximale que le sol a subie lors d’un tremblement de terre à l’emplacement de cette station sismique – était légèrement plus élevée que prévu. le attendu la valeur est entrée dans les codes du bâtiment publiés en 2012. L’accélération et les secousses, a déclaré Lomax, sont généralement plus importantes aux étages supérieurs. Cela implique que les nouveaux bâtiments à plusieurs étages n’ont pas été conçus pour résister à l’événement de 2021.

Dans tous les cas, seulement environ moins de 10 % des bâtiments haïtiens sont conçus et vérifiés par des ingénieurs, a déclaré Calais. « C’est aux ingénieurs de suivre ou non le code », a-t-il expliqué. « Il n’y a aucune responsabilité. »

La station unique bien située, R50D4, a également permis aux sismologues de tester s’ils pouvaient utiliser l’apprentissage automatique pour identifier les répliques en utilisant une seule station sismique. Ils ont formé l’algorithme pour détecter les tremblements de terre de magnitude supérieure à 3,0 en utilisant des bases de données de tremblements de terre et de bruit. Cette procédure d’apprentissage automatique appliquée à la station R50D4 a donné l’heure et l’ampleur approximative de toute réplique ultérieure près de la station, a déclaré Lomax.

Le catalogue qui en a résulté se comparait incroyablement bien au catalogue des répliques produites par l’ensemble du réseau sismique citoyen. « L’IA est assez puissante pour trouver des signaux cachés dans le bruit, à condition que l’algorithme ait été correctement formé pour reconnaître les tremblements de terre », a déclaré Calais.

Cette étude met en évidence l’importance des observations à proximité du site de rupture, a déclaré le sismologue Wenyuan Fan, qui n’a pas participé à cette étude. « Même des observations rares, peu coûteuses et relativement bruyantes pourraient contribuer à l’atténuation des dangers et à la gestion des risques. »

Amas de glissement, amas de tremblements

L’une des autres choses sur lesquelles les données de Raspberry Shake ont fourni des informations est la nature compliquée du système de failles en Haïti. La faille sur laquelle les tremblements de terre de 2010 et 2021 ont frappé semble être principalement un décrochement, dans lequel deux plaques tectoniques se frottent l’une contre l’autre au lieu de se rapprocher ou de s’éloigner l’une de l’autre. Mais en Haïti, la plaque antillaise frotte contre la plaque nord-américaine tout en poussant vers elle. Ce mouvement oblique signifie que les tremblements de terre peuvent être à la fois décrochants, tout en ayant également une composante inverse, dans laquelle ils se rejoignent, ici en biais. Ces failles inverses se cachent sous terre et, contrairement aux failles décrochantes, peuvent ne jamais toucher la surface tout en faisant des ravages par le bas.

Le tremblement de terre de 2010 contenait des éléments de ces deux types de mouvement des plaques, et l’analyse des données sismiques suggère que la même chose s’est produite en 2021.

Sur la base de leur analyse, qui comprend à la fois des données Raspberry Shake et des informations provenant de stations sismiques conventionnelles situées à distance, Calais et ses collègues ont découvert que le tremblement de terre de 2021 pouvait être divisé en deux sous-événements distincts. Le tremblement de terre a commencé comme une poussée, dans laquelle un côté s’est déplacé par rapport à l’autre, mais cela était principalement caché – cette partie du tremblement de terre n’a pas percé la surface. Le deuxième sous-événement était la composante de décrochement qui s’est produite à l’ouest et après la première partie. Cette rupture était moins profonde et a brisé la surface, selon Calais.

L’événement de sous-poussée a peut-être « déclenché » celui du décrochement. Qu’ils soient simplement une coïncidence est presque impossible, a déclaré Lomax.

« Plus de travail nous dira », a déclaré Calais, quelle est la relation entre ces deux parties de l’ensemble du tremblement de terre. « Le tremblement de terre aurait pu s’arrêter après le premier sous-événement, mais la rupture transportait suffisamment d’énergie pour sauter vers un autre segment à proximité », a-t-il dit, « comme en 2010 ! »

Sciences, 2022. DOI : 10.1126/science.abn1045

Alka Tripathy-Lang est un rédacteur scientifique indépendant titulaire d’un doctorat. en géologie. Elle écrit sur les tremblements de terre, les volcans et le fonctionnement interne de notre planète.