Les câbles Internet sous-marins peuvent détecter les tremblements de terre et pourraient bientôt avertir des tsunamis

Il a toujours été le cas que les câbles soient posés en premier, puis les gens commencent à essayer de penser à de nouvelles façons de les utiliser, a écrit le romancier de science-fiction Neal Stephenson dans Filaire en 1996. Une fois qu’un câble est en place, il a tendance à être traité non pas comme un artefact technologique, mais presque comme s’il s’agissait d’une formation minérale naturelle qui pourrait être exploitée de différentes manières.

Chaque câble a à peu près l’épaisseur d’un tuyau d’arrosage, mais c’est surtout une gaine de protection autour d’une douzaine de fines brins de verre, qui sont si purs qu’un bloc d’un kilomètre d’épaisseur apparaîtrait aussi clair qu’un pare-brise fraîchement lavé. Aujourd’hui, environ trois cents câbles transportent quatre-vingt-dix-neuf pour cent du trafic transocéanique de données.

Bruce Howe, océanographe à l’Université d’Hawaï, ajoute des instruments scientifiques aux câbles des fonds marins depuis le début des années 1990. Les entreprises de télécommunications posent de nouveaux câbles environ une fois par quart de siècle pour prévenir les perturbations et incorporer des matériaux plus avancés. Chaque fois qu’une entreprise décide d’éteindre son système de câble, au lieu de l’abandonner sur place, comme c’était le cas à l’époque, nous pensions que la science pouvait l’utiliser, m’a-t-il dit.

À la fin des années, Howe a dirigé l’installation d’une partie du ALOHA Cabled Observatory, construit sur un ancien câble AT&T situé à une centaine de kilomètres au nord d’Oahu. Lui et ses collègues ont écrit plus tard que l’équipe avait du mal à relier ses instruments au câble et que l’installation avait du mal à atteindre son plein potentiel, en partie à cause de problèmes de câbles et de connecteurs encore trop courants.

Des tentatives similaires pour coopter des câbles mis sous cocon ont également échoué. En 1998, les scientifiques ont ajouté un sismomètre, un hydrophone, deux manomètres et d’autres instruments à un câble obsolète qui reliait Hawaï et la Californie, mais le système a échoué après seulement cinq ans. Un système près d’Hawaï a développé un court-circuit six mois après son déploiement, et un autre a été endommagé par des activités de pêche au large des côtes du Japon. Les objets d’occasion commerciaux n’étaient pas la voie à suivre.

Howe a commencé à se demander s’il était possible d’intégrer des équipements scientifiques dans des câbles de télécommunications opérationnels, qui sont méticuleusement entretenus par les entreprises qui en profitent. Lui et ses collègues ont conçu des sondes de température, de pression et de sismologie qui s’intégreraient parfaitement dans les répéteurs de câble. Les gens des télécommunications étaient catégoriques sur le fait qu’ils ne voulaient rien avoir à faire avec nous, m’a dit Howe. Alors qu’il raconte l’histoire, ils ont répondu : Pas question, car cela affecterait la fiabilité des télécommunications. Cette réponse a déçu les scientifiques, qui ont estimé plus tard que le ferroutage sur l’infrastructure câblée donnerait aux chercheurs des données à un dixième du coût de la construction de leur propre système à partir de zéro.

L’installation d’un câble transatlantique prend deux à trois ans et environ deux cents millions de dollars, selon Nigel Bayliff, PDG de la société d’exploitation de câbles Aqua Comms. Une seule réparation peut coûter deux millions de dollars. Toute modification apportée à un système fonctionnel, même un modeste paquet scientifique ajouté sans frais à l’entreprise de câblodistribution, pourrait devenir un handicap. C’est un peu comme demander des toilettes différentes sur la station spatiale, m’a dit Bayliff. C’est, vraiment, les gars ? Voulez-vous vraiment risquer toute la station spatiale pour changer les toilettes ?

La seule raison commerciale de l’existence de ces câbles, en ce qui nous concerne, est la connectivité des données, m’a dit Bikash Koley, vice-président des réseaux mondiaux chez Google, qui a posé de longues étendues de câbles en partenariat avec des opérateurs de télécommunications. . La société n’a pas l’intention d’ajouter des instruments à ses câbles, a-t-il déclaré.

Il existe également des obstacles juridiques. Parce que les câbles de télécommunication des fonds marins sont traités comme un service public essentiel, ils bénéficient de certaines libertés en vertu de la Convention des Nations Unies sur le droit de la mer, mais la catégorie nébuleuse de la recherche scientifique marine ne reçoit pas nécessairement les mêmes privilèges. Bayliff s’inquiète de ce qui pourrait arriver aux projets de télécommunications s’ils contribuent à la science.

Est-ce que quatre-vingt-dix pour cent de télécommunications, dix pour cent de science sont maintenant un câble scientifique ? demanda Bayliff. Nous ne le saurons peut-être pas jusqu’à ce qu’un premier acteur teste les eaux légales. Mais il a ajouté que les gouvernements pourraient être en mesure de résoudre ce problème en imposant une collaboration entre les entreprises et les chercheurs. Une fois que cela deviendra la norme, cela se produira tout le temps et personne ne s’inquiétera, car les risques seront tous les mêmes pour tout le monde, a-t-il déclaré.

Howe et son équipe ont finalement collaboré avec le gouvernement du Portugal, qui prévoyait de remplacer son système de câbles vieillissant et qui en sait quelque chose sur les tremblements de terre en mer. En 1755, un tremblement de terre massif au sud-ouest de Lisbonne a provoqué un tsunami et dévasté la capitale. Des dizaines de milliers de personnes sont mortes.

Ils sont motivés, me dit Howe. Ils voient cela non seulement en termes de coûts d’exploitation des télécommunications, mais aussi en termes de coûts humains, et il faudra peut-être que les gouvernements équilibrent vraiment ce genre de considérations. Les entreprises ne vont pas faire ça. Le gouvernement portugais a approuvé le projet et Howe s’attend à ce que l’appropriation d’au moins cent vingt millions d’euros se produise dans le courant de l’année. Le câble reliera Lisbonne, les Açores et l’île de Madère ; Une fois opérationnel, en 2025, les capteurs de mouvement, de pression et de température dans les répéteurs de câbles serviront de plate-forme scientifique des fonds marins et de système d’alerte aux tsunamis.

Pour que les scientifiques sortent de l’impasse avec l’industrie du câble, ils avaient besoin de moyens d’utiliser les données qui existent déjà, sans modifier les câbles sous-marins ou les répéteurs. La découverte fortuite de Marras a prouvé que cela était possible.

Puis, en 2020, Google a accepté de partager les mesures de polarisation de la lumière de son réseau de fibre optique avec une équipe scientifique qui comprenait Zhan et d’autres chercheurs de Caltech et de l’Université de LAquila, en Italie. Koley m’a dit que les scientifiques de Google étaient heureux de collaborer tant qu’ils n’avaient pas besoin d’ajouter des instruments à leurs câbles. Il s’agissait d’un ensemble de données que vous auriez en fait jeté autrement, a déclaré Koley. Il ne nous sert à rien d’autre.

Les chercheurs ont identifié les changements de polarisation qui se produisent lorsque les câbles se plient, se tordent et s’étirent, et ont recoupé les changements avec des dizaines de tremblements de terre que les sismomètres ont détectés sur une période de neuf mois. Cette approche n’est pas aussi sensible que la méthode Marras ou DAS, mais elle ne nécessite pas de technologie sophistiquée sous la forme d’un laser avancé. Parce que la méthode est si facile à mettre en œuvre, nous avons en fait six ou sept câbles à bord, fournissant des données, a déclaré Zhan.

L’année dernière, Google a donné à Marra et à son équipe l’accès à une station d’atterrissage par câble à Southport, en Angleterre, où la société a utilisé un câble qui s’étend jusqu’à Dublin, puis jusqu’à Halifax, au Canada. La société était disposée à donner aux chercheurs un accès temporaire à certains canaux lorsqu’elle ne les utilisait pas. Les chercheurs ont conduit cinq heures depuis leur laboratoire de Teddington et ont installé des lasers et des détecteurs personnalisés, ainsi que des ordinateurs auxquels ils pouvaient accéder à distance. Ils avaient désormais le pouvoir de détecter les déphasages sous la mer d’Irlande et l’océan Atlantique.

Mais ils avaient encore besoin d’un moyen de déterminer où les changements de phase se produisaient afin de déterminer l’emplacement exact des mouvements du fond marin. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont profité de minuscules miroirs intégrés aux répéteurs à fibre optique, qui aident normalement les techniciens à diagnostiquer les problèmes sur des tronçons de câble spécifiques. Les cent vingt-huit miroirs entre Southport et Halifax leur ont permis d’identifier la partie spécifique du câble où un déphasage s’est produit pour la première fois. Leur approche avait le potentiel de transformer le câble en cent vingt-neuf détecteurs de séismes localisés.