les observations sous marines
 
Peut-on se baser sur une nouvelle technologie : les observatoires sous-marins ?
 
 
L'observation des fonds océaniques a reposée pendant de longues années sur l'utilisation d'une instrumentation autonome spécialisée ( "bottom landers"). La plupart des grands instituts possèdent des parcs de tels instruments, sismographes, appareils photographiques, préleveurs autonomes.
 
Ce qui va nous intéresser ici ce sont les sismographes de fonds de mer appelés OBS
 
Les OBS sont des stations sismiques sous-marines entièrement autonomes enregistrant les mouvements du fond de la mer associés à des sources artificielles (tirs sismiques) ou naturelles (séismes) pendant une période pouvant atteindre un an et à des profondeurs maximales de 7000 m. Les OBS sont principalement utilisés pour l’imagerie de la lithosphère et du manteau et l’étude des zones actives.
Les zones de subduction, génératrices des séismes les plus destructeurs, sont l’une des cibles principales d’étude de la communauté scientifique afin d’approcher la compréhension du cycle sismique, des séismes lents et des relations entre sismicité et structure.
 
  Les OBS sont devenus ces dernières années des outils de bases dans le domaine de la sismique et de la sismologie, à en juger par le nombre très important de communications et de publications basées sur les données acquises avec ce type d’enregistreur.
 
Il existe deux grandes tendances dans le développement des stations de fond de mer :
    •    L’une tend vers des outils légers et autonomes permettant des études sismiques et des réseaux sismologiques temporaires comparables par leurs performances aux réseaux temporaires terrestres.
    •    La seconde vers des stations sismologiques permanentes par exemple reliées par câble à la terre.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBS :Océan Bottom Seismometer (sismomètre de fonds de mer)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Les OBS Hippocampe (nouvelle génération d’observatoire sous-marins)
 
 
L’OBS ne repose pas sur le fond de la mer, mais seul le lest qui lui sert d’ancre (système pendulaire).
Le lest repose donc sur le fond, les deux sphères constituant l’OBS sont rattachées par un câble au lest qui flotte ainsi à environ 70 cm du fond. On s’affranchit ainsi du relief qui peut être perturbé et l’on éloigne le système de largage d’une possible corrosion.
 
Les caractéristiques des OBS
 
Le capteur enfermé est dans un containeur en verre séparé est libéré une fois l’OBS en place. Il se dépose sur le fond où le couplage sur le sol est assuré par un lest adapté de forme cylindrique.

Le choix d’une petite sphère en verre enfermant les capteurs est nouveau. Elle assure la résistance à la pression ainsi qu’un poids réel compensé dans l’eau par sa propre flottabilité.un OBS peut aller jusqu’a 7000m de profondeur.

Les deux types de capteurs (géophones et sismomètres) sont à l’intérieur de la sphère pour garantir leurs caractéristiques. Ils utilisent l’un et l’autre la même taille de sphère pouvant lors d’une même immersion être utilisé pour de la sismique active et de la sismologie.

L’orientation des capteurs sur le fond se fait en comparant le niveau des signaux reçus par les capteurs horizontaux lors des tirs. En cas d’intervention sismologique, une source sismique ne sera certainement pas disponible. De plus, ces opérations, même avec un équipement léger, prend du temps. Un compas et un tiltmètre intégrés dans l’ensemble capteur a été testé. L’acquisition de ces paramètres se fait sur un microcontrôleur PIC indépendant avec un échantillonnage très large. Les données d’inclinaison et d’orientation corrigées n’ont pu être validées. Des efforts restent à faire.
 
Le système de largage ne rajoute qu’un faible poids à l’OBS. Le transducteur est rempli d’huile et en équipression. L’électronique de détection acoustique est située à l’intérieur de l’OBS. Le transducteur possède sa propre carte de détection deux voies et confirme à la surface les ordres reçus. On peut ainsi avant qu’il n’actionne les deux systèmes de largage (électromécanique et électrolyse) montés en parallèle et déclenchant l’un ou l’autre la remontée, mesurer la distance de l’OBS au navire. L’hydrophone est aussi utilisé pour détecter un ordre de largage codé différemment et détecté par une carte séparée. Une fois l’ordre détecté, celle-ci sollicitera la première carte pour confirmation. Les cartes possèdent des alimentations électriques séparées.
 
Une fois remonté à la surface, l’OBS est repéré grâce à des “flashs“ lumineux la nuit et un signal radio VHF.Afin de minimiser substantiellement le poids ainsi que le coût, ces éléments ont été intégrés dans la sphère de flottabilité. Seule l’antenne dépasse de la sphère.
Les alimentations électriques de chacune des fonctions de la station sont indépendantes.
 
La communication avec un ordinateur pour les tests et la programmation s’effectue à travers un port série classique qui ne nécessite que trois conducteurs. La programmation de l’OBS et la synchronisation de l’horloge interne à partir d’un signal GPS se font de l’extérieur de la sphère une fois l’électronique enfermée. De même que la lecture des données est effectuée à travers un port USB.
es opérations de réveil de la station et de “reset“ des sorties sont assurées par des contacts magnétiques actionnés à l’aide d’un aimant au travers du verre. L’OBS peut ainsi être reconditionné pour une réutilisation rapide sans avoir à ouvrir les containeurs étanches. Afin de pouvoir rapidement remettre à l’eau les stations, une interface et le logiciel de configuration permettent de contrôler et de mesurer toutes les tensions d’alimentations ainsi que les courants associés. Ce logiciel établit un fichier de contrôle et avertit automatiquement d’un problème éventuel.
 
Dans quels buts ont-ils été créés ?
 
Les sismomètres de fonds de mer ont été créés pour être au plus prés des frontières des plaques sous marines : lieu de rupture des roches.
Leur sensibilité est due à leur positionnement en maillage qui leur permet de capter le moindre microséisme.
 
Un OBS doit remplir quatre fonctions essentielles :
    •    Descendre et se poser sur le fond de l’Océan.
    •    Enregistrer des données sismiques de haute qualité pendant de longues périodes.
    •    Situer ces événements dans le temps avec une bonne précision .
        •    Revenir à la surface de manière fiable afin de récupérer les données et permettre un reconditionnement rapide.
 
Quelles sont leurs performances?
 
    •    Qualité  des signaux (couplage).
    •    Fiabilité à la récupération des données.
    •    Capacité  de stockage important.
 
 
En 2001, un séisme assez fort, ayant entraîné de nombreuses répliques, a été enregistré par les appareils. Le réseau ainsi déployé a permis de mettre en évidence l'existence d'une faille active relativement profonde. Jusqu'ici, les OBS pouvaient enregistrer de façon autonome les mouvements du sol pendant un mois. Désormais, grâce aux nouveaux appareils développés au laboratoire, les chercheurs espèrent pouvoir larguer les sphères enregistreuses et ne les récupérer qu'au bout de six mois.
 
Un système de communication en temps quasi-réel a été développé par l’IFREMER, qui permet d’envoyer des commandes à la station et des comptes-rendus journaliers des opérations du système.
L’observatoire de HATSUSHIMA ISLAND au japon a été installé par le JAMSTEC en 1993 à une profondeur de 1174 m. Il comprend un courantomètre électromagnétique, deux caméra vidéo, deux sondes de température , un sismomètre et des hydrophone. Il est relié à la terre par un câble de fibre optique de 8 km. Il est situé dans une zone tectonique très active. Le JAMSTEC a installé depuis, deux autres observatoires : MUROTO (avec un câble de 120 km et plusieurs points de mesure) et KUSHIRO-TOKACHI (avec un câble de 240 km).
 
Une station permanente sur fond marin sera installée sur le site Nero (Ninety East Ridje Observatory) en coopération avec les chercheurs japonais (JAMSTEC) et l’IFREMER. Cette station fournira à la communauté scientifique internationale des données sismiques de haute qualité provenant de régions océaniques jusqu'ici dépourvues d'instrumentation.
Bien que ce concept ait été présenté depuis plusieurs années, l'importance des investissements a limité le nombre de réalisation.
Seuls des programmes pluridisciplinaires, appuyée par une  forte demande sociale peuvent permettre de tels développements. Quelques observatoires sont cependant déjà opérationnels au Japon ou aux Etats-Unis.
 
La réalisation d’un observatoire fond de mer temps réel implique de résoudre trois problèmes critiques :
    •    La transmission bi-diretionnelle en temps réel des données et des commandes,
    •    La fourniture d’énergie à l’observatoire,
    •    La tenue à long terme des capteurs utilisés.
 
Elle implique également la définition d’une architecture du système et une stratégie de mise en œuvre. Elle repose sur trois approches techniquement distinctes :
    •    L'utilisation d'un câble de télécommunication reliant l'observatoire au rivage.
        •    L'utilisation d'une bouée de surface ancrée servant de plate-forme pour la transmission des données à terre par satellite ou par liaison hertzienne HF.
    •    La mise en place de sismographes sous-marins (OBS :Ocean Bottom Seismometer) sur le fond de la mer.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Largage d’un système autonome d’enregistrement des ondes sismiques et acoustiques sur le
 fonds : sismographes sous marins (OBS)