Processus d’installation d’une station sismologique

Sur quels critères est choisi le lieu d’installation d’une station sismologique ?

L’installation d’une station sismologique (ou sismique) peut répondre à divers objectifs.

Le premier est d’enregistrer la sismicité (d’origine naturelle ou induite par des activités humaines) dans une zone géographique restreinte afin de comprendre comment s’organise cette sismicité en relation avec les systèmes de failles régionaux et les autres phénomènes pouvant être à son origine. Pour cela, il est important d’installer plusieurs stations sismologiques bien réparties autour de la zone à étudier.

Le second objectif est de compléter une région non ou mal instrumentée : pendant longtemps, les stations sismologiques en France étaient installées uniquement dans des zones de sismicité dites « actives » et pas dans les autres régions, dites « asismiques » . Avec le temps, les chercheurs ont pris conscience qu’il était nécessaire d’avoir une vue d’ensemble du territoire et donc d’éviter les zones « aveugles ». En effet, certaines régions ou zones de failles peuvent apparaître comme asismiques simplement parce que le dispositif instrumental n’est pas assez dense pour détecter les petits séismes.

Par ailleurs, avec l’avancée de la recherche et des technologies, les données des stations sismiques peuvent contribuer à l’étude de nombreux autres phénomènes comme les glissements de terrain ou les instabilités de falaises, le transport sédimentaire dans les rivières ou l’état de la mer, la détection de phénomènes atmosphériques (entrées météoritiques, explosions volcaniques…), etc.

A ce sujet, consultez la page Les vibrations ambiantes du sol

Enfin, le troisième objectif est de comprendre et affiner les connaissances des structures géologiques en profondeur : en enregistrant les séismes locaux, mais aussi les téléseismes, et en étudiant le trajet des ondes, on peut effectuer des images tomographiques des propriétés des roches en profondeur. Cela permet ainsi de délimiter les différentes couches géologiques et de connaître la structure et la dynamique de la Terre, depuis la surface jusqu’au noyau terrestre. Le nombre et la répartition des stations sismologiques ont une influence majeure sur la résolution et la précision de ces images de l’intérieur de la Terre.

La zone d’installation des stations sismologiques est définie pour répondre à un seul de ces besoins ou à plusieurs d’entre eux.

Comment choisir le site précis d’installation ?

Pour fonctionner correctement, une station sismologique doit pouvoir fournir :

• l’enregistrement des vibrations du sol en temps réel (délai d’arrivée de la donnée au centre d’analyse : quelques secondes après l’enregistrement) et en continu (24h/24) ;
• des données de qualité, polluées le moins possible par les vibrations provoquées par l’activité humaine (trafic routier, pompe, industrie, scierie, carrière…) ou des phénomènes naturels (variations de température, vibration des arbres sous l’effet du vent, etc.).

Pour ces raisons, un effort particulier est fourni pour trouver le site qui répondra au maximum des critères suivants : accès à une source d’énergie et à un moyen de communication, localisation aisément accessible toute l’année, lieu éloigné autant que possible de toute perturbation anthropique ou naturelle et au plus proche d’un socle rocheux afin de mesurer le plus proprement possible les vibrations d’origines naturelles.

Afin d’optimiser au maximum le couplage du capteur avec le sol et de limiter les variations de température ou de la pression atmosphérique, la règle la plus simple et de l’enterrer. C’est pour cela que les stations sismologiques sont souvent installées dans des caves, des galeries ou dans des forages de quelques mètres de profondeur. Néanmoins, pour certaines études spécifiques il pourra être utile, au contraire, d’installer les stations dans des bâtiments lorsque l’on s’intéresse par exemple à la manière dont ces bâtiments réagissent aux vibrations sismiques.

Comment fonctionne une station sismologique ?

La station sismologique est composée d’un capteur du mouvement du sol (« sismomètre »), d’un enregistreur, d’un système de communication et d’un système d’alimentation électrique.

Le capteur / sismomètre

Le type de capteur est choisi en fonction de ce que l’on souhaite mesurer :

• Si l’on souhaite mesurer l’accélération des déplacements du sol, notamment pour les séismes proches de forte magnitude, on utilisera un capteur accélérométrique.
• Pour collecter les données de vitesse des déplacements du sol générés par les séismes locaux de faible magnitude et mondiaux de plus forte magnitude, on utilisera un capteur vélocimétrique. En fonction de la fréquence (nombre d’oscillations par seconde) des phénomènes étudiés, différents capteurs vélocimétriques peuvent être installés.
• Pour certains sites, d’autres capteurs scientifiques peuvent être ajoutés pour mieux analyser les données sismologiques : capteurs météorologiques (température, pression, vitesse du vent…), capteurs infrasons, antenne GPS, etc …

L’enregistreur / numériseur

Cet équipement est connecté au capteur (qui est un équipement analogique) et remplit plusieurs fonctions :

• numériser la donnée du capteur pour la transformer en un fichier informatique qui pourra être transmis par internet,
• stocker localement la donnée pour qu’elle ne soit pas perdue en cas d’impossibilité de transfert,
• dater très précisément (inférieur à la milliseconde) la donnée via un système de récupération du temps universel par GPS.

Le système de communication

Plusieurs modes de communication peuvent être mis en œuvre pour transmettre les données par internet : l’ADSL, la fibre optique, les communications mobile 3G/4G, le satellite. Le choix est fait en fonction des possibilités offertes sur le site choisi.

Le système d’alimentation électrique

Étant donné que la station sismologique doit être opérationnelle en permanence, le choix premier pour l’alimenter en énergie est le réseau électrique public. Cependant, lorsque le raccordement à celui-ci est impossible, il est possible d’installer des panneaux solaires. La puissance des panneaux est évaluée pour pouvoir fournir une alimentation suffisante pendant les mois d’hiver les moins ensoleillés.

Dans tous les cas, des batteries sont nécessaires pour assurer un stockage d’énergie suffisant en cas de coupure d’alimentation.

En savoir plus

• Page Instruments et techniques de la sismologie
• Page Chronique de terrain : maintenance des stations sismologiques