Les capteurs low-cost révolutionnent l'étude des infrasons dans les zones à risque naturel

Il y a trente ans, le film *Twister* mettait en scène des scientifiques risquant leur vie pour traquer les tornades au nom de la recherche. Si Hollywood a largement romancé cette aventure, le film avait au moins un point juste : l’utilisation de capteurs distribués et économiques pour étudier les phénomènes naturels violents. Aujourd’hui, cette approche, appelée « grand-N », est devenue une méthode clé en sismologie et en science des infrasons.

Le potentiel des réseaux de capteurs « grand-N »

Les réseaux de capteurs « grand-N » – regroupant des dizaines, voire des centaines d’unités déployées sur le terrain – ont transformé notre compréhension des risques naturels. En sismologie et en infrason, ces outils permettent d’analyser les mouvements du sol et les dynamiques des éruptions volcaniques avec une précision inégalée [ex. : Rosenblatt et al., 2022 ; Anderson et al., 2023]. Leurs avantages sont multiples :

• Échantillonnage spatial robuste : une couverture étendue améliore la détection des signaux.
• Extraction de signaux dans le bruit : même en milieu hostile, les données restent exploitables.
• Détection de signaux faibles : idéal pour repérer des événements discrets comme des glissements de terrain ou des avalanches.
• Résilience : les capteurs peuvent être sacrifiés (lava, débris, incendies) sans compromettre l’ensemble du réseau.

Depuis 2013, le département de géosciences de l’université d’État de Boise (BSU) exploite cette technologie pour étudier les infrasons générés par des phénomènes géophysiques. Leur objectif : développer des solutions low-cost tout en maintenant une haute fidélité des données.

Les infrasons, une fenêtre sur les phénomènes violents

Les événements naturels violents – glissements de terrain, éruptions volcaniques, séismes, avalanches ou impacts de météorites – émettent des infrasons, des ondes sonores inaudibles pour l’oreille humaine (fréquences inférieures à 20 Hz). Bien que certains de ces phénomènes produisent aussi des sons audibles, la bande infrasonore est souvent bien plus énergétique et se propage sur de longues distances avec peu d’atténuation. Ces propriétés en font un outil précieux pour la télédétection.

L’équipe de la BSU a été confrontée à la réalité des coûts lorsqu’elle a perdu du matériel déployé sur le volcan Villarrica, au Chili, lors d’une éruption en 2015. Un jet de lave de deux kilomètres de haut a détruit leurs capteurs sismiques et infrasonores, ainsi que leurs enregistreurs de données commerciaux. Cet incident a accéléré le développement d’un système low-cost : le Gem, un enregistreur infrasonore autonome.

Le Gem : un capteur infrasonore révolutionnaire

Conçu à partir de la plateforme open-source Arduino et de microcontrôleurs à faible consommation, le Gem combine un capteur infrasonore et un enregistreur de données en un seul appareil. Avec une plage dynamique allant du millipascal à 100 pascals, il rivalise avec les systèmes commerciaux coûteux. Son coût réduit permet de déployer des réseaux denses sans craindre des pertes matérielles.

« Le Gem nous a permis de multiplier les points de mesure sans exploser notre budget. Dans des environnements extrêmes, où les capteurs sont souvent endommagés, cette approche est révolutionnaire. »

Des applications prometteuses et des défis persistants

Plus d’une décennie après le début de ce projet, les résultats sont au rendez-vous : détection précoce des éruptions volcaniques, surveillance des glissements de terrain, ou encore analyse des ondes sismiques. Pourtant, des défis subsistent :

• Alimentation énergétique : les capteurs doivent fonctionner en autonomie dans des zones reculées.
• Résistance aux intempéries : vent, pluie, ou variations de température peuvent altérer les mesures.
• Traitement des données : gérer le volume croissant d’informations nécessite des algorithmes performants.

Malgré ces obstacles, l’avenir des réseaux « grand-N » semble prometteur. Avec des coûts maîtrisés et une technologie accessible, ils pourraient devenir un standard pour la surveillance des risques naturels, inspirés en partie par l’esprit pionnier de *Twister*.