Les fortes pluies et le tonnerre provoquent des tremblements sur Terre (et nous les avons enregistrés)

La tâche principale des sismomètres est d’enregistrer les vibrations du sol afin de détecter et localiser les tremblements de terre. Cependant, la Terre tremblements dus à de nombreuses autres causes d’origine naturelle (éruptions volcaniques, vagues en haute mer, vent, inondations, etc.), ainsi qu’aux activités humaines telles que les foules, la circulation des voitures et des trains ou les explosions. Discerner entre les « bruits » nous permet d’enregistrer quelque chose d’aussi concret que le tremblement produit par les fortes pluies et le tonnerre.

En cas de fortes pluies, les sismomètres enregistrent les vibrations générées par l’impact des gouttelettes d’eau sur le sol. Lors des tempêtes, les ondes acoustiques du tonnerre se rejoignent sur le sol, ce qui nous permet de les enregistrer.

Les vibrations du sol produites par la pluie et le tonnerre sont plus faibles que celles produites par le passage du métro dans une ville, mais suffisantes pour que les instruments sismiques actuels les détectent.

Sismologie environnementale

L’application des techniques de traitement des données sismiques à l’étude de phénomènes d’origine naturelle diverse fait partie d’une discipline en net développement, sismologie environnementale, qui établit des liens entre la sismologie et des disciplines telles que l’hydrologie, la climatologie, la météorologie et les sciences biologiques. Ils nous ont même permis d’étudier des phénomènes sociaux comme l’arrêt de l’activité humaine pendant la pandémie dans la ville de Barcelone.

Dans le cas de réseaux denses de sismomètres, avec des appareils situés à quelques kilomètres de distance, les données sismiques permettent d’améliorer significativement la connaissance de l’évolution spatiale et temporelle des épisodes météorologiques de pluies intenses.

Épisodes de fortes pluies

Les enregistrements sismiques obtenus grâce au déploiement de plus de 140 sismomètres dans la région de Cerdagne (Pyrénées Orientales) entre avril et juin 2021 montrent des niveaux d’énergie élevés pour les fréquences supérieures à 40 Hz pendant les mêmes intervalles de temps, même pour des stations éloignées les unes des autres.

En les comparant avec les données météorologiques disponibles dans la zone, nous avons observé une excellente corrélation entre l’intensité de la pluie et l’amplitude des vibrations enregistrées.

Les données sismiques sur une période de 7 jours permettent d’identifier de manière cohérente les épisodes de précipitations, mais aussi d’observer des différences significatives dans l’heure d’arrivée et l’amplitude maximale de chaque station. Cela nous permet d’utiliser les données pour suivre l’évolution spatiale et temporelle de chaque épisode pluvieux.

Pour ce faire, des cartes sont préparées avec les valeurs d’amplitude dans chaque station, dans lesquelles les zones aux couleurs plus intenses correspondent aux zones dans lesquelles les précipitations sont également plus intenses.

Suivi des tempêtes

Les décharges électriques lors des orages génèrent des ondes de pression acoustique : le tonnerre. Ces ondes se couplent au sol et peuvent donc être enregistrées par des sismomètres à des distances de quelques dizaines de kilomètres.

Par exemple, les vibrations enregistrées à 30 minutes d’intervalle sur les 20 sismomètres les plus à l’ouest du réseau lors d’une tempête le 15 juin 2021, montrent un grand nombre de signaux de courte durée, de haute fréquence et de grande amplitude. Sa vitesse de propagation, proche de la vitesse du son (340 m/s), ainsi que sa corrélation avec les détections électromagnétiques de foudre, indiquent que ces signaux sont générés par le tonnerre.

Le modèle temporel du tonnerre

Les données sismiques nous permettent d’identifier les modèles temporels du tonnerre, qui changent avec le temps. Au début de l’épisode, quatre coups de tonnerre sont enregistrés, espacés d’environ 40 secondes, suivis d’une série de 11 événements enregistrés toutes les 26 secondes. Quelques minutes plus tard, 5 coups de tonnerre sont enregistrés avec un espacement régulier, en l’occurrence proche de 2 minutes. Finalement, une série d’une vingtaine d’événements est observée avec un espacement un peu plus irrégulier, mais proche de 30 secondes.

L’enregistrement de chaque coup de tonnerre dans l’ensemble des stations sismiques montre que l’orographie, les conditions d’humidité et de température ou encore les directions du vent affectent la propagation du signal.

Les tempêtes cachent bien plus d’informations qu’il n’y paraît, et pas seulement les tempêtes. La sensibilité accrue des sismographes nous permet aujourd’hui de détecter presque tout ce qui fait trembler le sol. La sismologie environnementale permettra d’écouter très précisément les sons de la nature.