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Prévision sismique : La perspective prometteuse de l’approche multiparamétrique

La rédaction
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25 avril 2011 (Nouvelle Solidarité) — Dans l’interview accordée à nos collègues allemands lors du Congrès européen des géosciences à Vienne début avril, le professeur Sergueï Pulinets, directeur du Centre moscovite de suivi ionosphérique à l’Institut Fiodorov de géophysique appliquée, a esquissé les bases d’une science de la prévision sismique dont les fondements nous confrontent aux limites de la connaissance humaine de la Terre et de son environnement. Extraits.


Professeur Poulinets, quelle est l’importance des précurseurs électromagnétiques dans la prévision des séismes ?

Je préfère ne pas parler uniquement des précurseurs électromagnétiques car la préparation aux séismes implique un processus physico-chimique complexe qui naît de la croûte terrestre, puis monte vers l’atmosphère et l’ionosphère. Dans cet intervalle (nous parlons ici de prévisions à court terme) allant de plusieurs semaines à quelques jours ou quelques heures avant le choc sismique, on observe différentes manifestations. Ce processus associe plusieurs facteurs, et c’est pourquoi nous cherchons une approche permettant d’expliquer pourquoi nous voyons autant de variations ou d’anomalies au cours de cette période préparatoire.

La première raison est naturelle. Quand il y a libération d’une énergie équivalant à plusieurs milliers de bombes nucléaires, il est impossible que cette énergie emmagasinée sous terre se libère de façon instantanée, sans aucun signe précurseur. La terre est une matière vivante, et lorsque des pressions s’accumulent, il y a des processus qui déterminent qu’elles doivent se manifester dans certains paramètres.

Lorsque des fissures apparaissent dans la croûte terrestre, de façon tout à fait naturelle, le système de migration du gaz au sein de la croûte change. Les principales composantes en sont le dioxyde de carbone (CO2), l’hélium, l’hydrogène et le radon. Ce dernier est un gaz radioactif issu de la désintégration de l’uranium. Il est présent partout. Pour des raisons de sécurité, on doit mesurer la présence de radon lorsque l’on construit une maison. C’est un gaz lourd et sans odeur. On a détecté, il y a des années, que lorsqu’il y a un tremblement de terre, il y a libération de radon. La migration de gaz apporte du radon et de l’eau à la surface de la terre. Vous avez peut être vu la vidéo tournée au Japon, qui montre l’eau qui remonte durant le tremblement de terre.

Ici commence un processus très intéressant, caractéristique de nombreux événements naturels. Par exemple, savez-vous que des variations dans les rayonnements cosmiques influent sur la formation de nuages sur notre planète ? Pourquoi ? Parce que le rayonnement cosmique provoque l’ionisation de l’air. La vapeur d’eau se condense autour des ions et l’on obtient la nucléation qui est au centre de la condensation conduisant à la formation des nuages.

Le même processus a lieu lorsque le radon, qui est un gaz très lourd, remonte près de la surface de la terre. Il produit également une ionisation de l’air. Des ions deviennent des centres de condensation et s’assemblent pour former de larges grappes et des enveloppes contenant un grand nombre de molécules d’eau.

Dans votre présentation, vous avez mentionné le processus d’ionisation et celui d’hydratation des ions.

Hydratation, en effet. Ceux qui connaissent la physique savent que pour qu’il y ait condensation, il faut que la vapeur soit saturante. Or, l’hydratation n’a pas besoin de saturation ; avec 30 % d’humidité on peut avoir une hydratation des ions.

Lorsque les molécules d’eau se condensent sur l’ion, elles libèrent l’énergie libre qu’elles avaient lorsqu’elles étaient à l’état de vapeur, que l’on nomme alors la chaleur latente. C’est cette chaleur latente qui est la source d’énergie thermique détectée sur les failles tectoniques actives par les satellites de surveillance. Ils montrent très joliment la configuration de failles tectoniques actives durant la période précédant les tremblements de terre.

De quelle période parlez-vous ?

Nous parlons de quelques semaines avant le séisme. Il y a activation des plaques tectoniques à l’épicentre. A partir du sol, nous voyons des anomalies thermiques le long des failles tectoniques actives, indiquant qu’il y a libération de radon le long de ces failles. La perspective géophysique montre que nous avons, aux pics, une concentration de radon maximale sur les failles tectoniques.
Le premier niveau est donc le sol. Puis, la chaleur commence à s’accumuler, et du fait qu’il y a une différence de température entre la faille et la zone extérieure, cela commence à se mélanger. Un mouvement horizontal et un mouvement de convection se créent parce que l’air chauffé tente de monter, et se transforme en petites spirales. Des structures chirales se forment et tendent à se mélanger, formant une grande tache qui peut être détectée dans les couches supérieures de l’atmosphère.

Cette transformation de la chaleur latente est enregistrée simultanément par les satellites. Certains équipements de la NASA mesurent directement les flux de chaleur sur une région spécifique et nous avons pu détecter des flux de chaleur latente précédant la plupart des séismes.

Par exemple, avant le séisme du 26 décembre 2004, l’énergie totale thermique libérée était d’un ordre de grandeur supérieur à l’énergie mécanique libérée durant le séisme lui-même. Vous pouvez donc imaginer la puissance énorme se trouvant confinée, dans une chose toute simple comme la vapeur d’eau. Quelle en est la source ? se demandera-t-on. C’est le Soleil. C’est lui qui suscite la vapeur d’eau, du fait que nous avons une évaporation constante de l’humidité des fleuves, des lacs, de la surface, et nous avons toujours cette vapeur d’eau qui contient la chaleur latente libérée durant la condensation. Ainsi, la source de cette énergie est le Soleil.

Passons maintenant à l’électromagnétisme. Ces anomalies thermiques peuvent être détectées non seulement sous forme de chaleur, mesurable par la température, mais comme un rayonnement infrarouge, à de longueurs d’onde de huit à douze microns dans le spectre électromagnétique. Les nuages sont de plus transparents pour cette bande de fréquences et permettent même de la mesurer. Le Dr Dimitar Ouzounov, [du Système d’observation de la Terre du centre de vols spatiaux NASA/Goddard] mesure ces émissions infrarouges en haut de l’atmosphère, à quelque huit à douze kilomètres d’altitude. L’ionosphère se situe beaucoup plus haut, à cent kilomètres. Il existe des techniques spéciales très précises, mises en oeuvre par le NOAA [l’Administration nationale océanique et de l’atmosphère], grâce auxquelles nous avons des données sur les vingt dernières années.

Nous disposons donc de données très fiables pour calculer les anomalies. Nous avons commencé nos travaux il y a près de dix ans et nous sommes en mesure d’observer la dynamique de développement de ces anomalies de chaleur en haut de l’atmosphère, avant le séisme. Elles apparaissent en général quelques jours avant sur la zone de préparation du séisme. Elles peuvent se déplacer un peu, mais restent exactement dans l’étendue des plaques tectoniques, ou des failles tectoniques actives ; elles restent très près de l’épicentre. Nous avons donc là une première signature, très fiable, des tremblements de terre qui se préparent. Nous avons aussi de très bonnes statistiques pour ces phénomènes, qui montrent cette anomalie via une onde longue de radiation (OLR), pour tous les séismes les plus récents.

Avec quel instrument mesure-t-on ces phénomènes ?

Par exemple, avec des détecteurs infrarouges, dont la plupart des satellites de télédétection sont équipés. (…)

Maintenant, déplaçons-nous vers les couches supérieures de l’ionosphère, qui fait partie de notre atmosphère mais qui est partiellement ionisée, du fait principalement des rayonnements ultraviolets émis par notre Soleil (…)

Nous n’avons ces rayons que durant le jour, et l’augmentation de l’ionisation se produit donc en journée, alors que la nuit ça décroit. La variation de concentration d’électrons prend la forme d’une sinusoïde. Ceci a fait l’objet d’études depuis de très longues années. Nous avons de très bons modèles, qui expliquent la climatologie du comportement ionosphérique. Nous connaissons aussi très bien le comportement de cette sphère durant les événements actifs du Soleil, tels que les éruptions solaires et les orages géomagnétiques. Nous avons des modèles régionaux spécifiques, capables d’expliquer ce que sera le comportement de l’ionosphère durant des orages magnétiques.

Ainsi, nous connaissons le comportement de l’ionosphère durant la période calme et en période d’orages magnétiques. A partir de là, nous recherchons certaines anomalies associées aux séismes.

Parce qu’il pourrait y avoir différentes sources ?

Non, la source est toujours la même. Nous vivons dans un environnement électrique. Lorsque vous êtes débout à cet endroit, il y a un champ électrique vertical d’une tension de 100 à 150 volts par mètre. Ainsi, entre le haut de votre tête et vos pieds, il y a une différence de potentiel de 220 volts, en tant que source de potentiel. (…)

D’où vient cette différence de potentiel entre le sol et l’ionosphère ? Elle est créée par les orages. Partout dans le monde, en Afrique, en Amérique, il y a des orages, qui ont lieu surtout sur les masses continentales. Les décharges des orages fournissent un potentiel positif pour l’ionosphère en relation avec la Terre. Elles créent une différence de potentiel entre le sol et l’ionosphère, pouvant aller de près de 250 jusqu’à 500 kilovolts. Cette différence de potentiel s’applique à toute l’atmosphère, depuis le sol jusqu’à une soixantaine de kilomètres d’altitude, couvrant ainsi le circuit électrique atmosphérique global. Généralement, ils prennent le bord inférieur de l’ionosphère, à près de 60 km d’altitude. Mais la chute de potentiel se situe au niveau de la couche limite de l’atmosphère. C’est ici qu’il y a des turbulences en l’air. Dans les couches supérieures, il n’y a pas de telles turbulences ; c’est un continuum, privé des turbulences que nous avons près de la terre.

Ainsi se crée cette différence de potentiel. Vous avez une résistance ; la conductivité de cette couche proche du sol est transformée par l’apparition d’ions produits par le radon. D’abord, on observera l’augmentation de la conductivité, puis, lorsque ces ions se multiplient pour devenir de grosses grappes stables et ne peuvent plus porter un courant électrique, on constatera une chute de la conductivité. Comme dans les orages de sable, par exemple, où vous avez beaucoup de sable et de poussières. Ainsi, dans les villes polluées, le champ électrique est plus important que dans le champ ouvert, car en présence de poussières et d’aérosols, la conductivité chute. C’est la même chose avec la formation de ces grappes d’ions ; la chute de conductivité nous conduit à un changement de potentiel de l’ionosphère par rapport à la Terre.

Ainsi, l’ionosphère « sent » les séismes à travers le circuit électrique global, via le changement de conductivité de l’atmosphère. L’ionosphère, qui est un medium hautement conductif, tente alors de maintenir l’équipotentialité. Dans un bon conducteur, toutes les parties ont le même potentiel électrique. Si quelque chose change, il tente de redistribuer la concentration d’électrons et d’ions pour maintenir son équipotentialité.

Que signifie redistribuer ? Il y a l’apparence d’une dérive des courants électriques au sein de l’ionosphère, avec formation d’une irrégularité sur la zone où nous avons une anomalie dans la conductivité.

C’est ce dont vous avez parlé concernant le contenu total des électrons…

Exact. Les paramètres de l’ionosphère peuvent être mesurés par une multitude de techniques. Il s’agit des sondes ioniques, un appareil basé à terre que nous pouvons également déployer sur satellite pour faire de la détection ionosphérique à l’envers, du haut vers le bas. On peut aussi mesurer le contenu total des électrons entre les satellites et le sol, et faire de la tomographie ionosphérique à partir des satellites déployés en orbite basse. Ainsi, il y a quantité de techniques, toutes testées, pour mettre en évidence les anomalies dans l’ionosphère.

J’ai publié un livre chez Springer, Les précurseurs ionosphériques des séismes, dans lequel j’explique tout cela. Je peux dire que dans la plupart des séismes, on voit des anomalies ionosphériques qui sont très proches des anomalies thermiques et cohérentes en termes de synchronisation. On observe une propagation de ces anomalies depuis le sol jusqu’à l’ionosphère, de sorte que les anomalies ionosphériques apparaissent généralement le même jour que les thermiques, ou le lendemain.

Sur ce graphique, vous notez des choses en relation avec le tremblement de terre de puissance 9 au Japon.

Oui, ce fut un cas très difficile à analyser pour de nombreuses raisons ; l’une d’entre elles étant qu’il s’est produit entre deux orages géomagnétiques. L’un des indicateurs de l’orage géomagnétique est un index géomagnétique équatorial global appelé Index DST. Ceci est un graphique de cet index [Figure ci-dessous]. Lorsque nous avons une forte chute, cela marque le début d’un orage géomagnétique. Ensuite, nous avons une phase de récupération, avec des conditions géomagnétiques paisibles, puis survient le prochain orage, qui a éclaté exactement au moment du tremblement de terre.

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Mettre les activités solaires et géomagnétiques en corrélation avec les activités sismiques est une tâche très difficile (…). Mais je peux vous confirmer que la plupart du temps, un orage géomagnétique est très proche du séisme. (…) Parfois, il peut se produire un ou deux jours avant ou après. Parfois, comme dans le cas présent, il coïncide avec le séisme. Il nous semble donc qu’il y ait une source commune à ces deux événements émergeant de façon rapprochée dans le temps.

Je voudrais encore souligner que notre approche est multifactorielle. Nous pouvons affirmer qu’il est très difficile, voire impossible, de faire des prévisions en n’utilisant qu’un seul paramètre, qu’il soit thermique, ionosphérique, basé sur la propagation VLF ou autres. Mais si nous appliquons ce que nous appelons une « synergie » des processus, alors nous voyons qu’ils sont tous liés et qu’ils désignent la même zone et le même intervalle de temps. Nous voyons aussi des processus qui commencent à la surface du sol, au niveau des températures de surface et de l’air, et se retrouvent ensuite en haut de l’atmosphère, puis dans l’ionosphère. Nous voyons ces effets dynamiques complexes et nous pouvons dire qu’il s’agit de paramètres multiples de précurseurs de séismes. Voilà notre approche.


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