MENU
Le contenu de la page commence ici

Surveillance des séismes

Plus de 150 stations sismiques exploitées par le Service Sismologique Suisse surveillent l’activité sismique en Suisse et dans les pays limitrophes en temps réel. Ces stations sont réparties dans tout le pays, et installées sur différents sites, notamment des cavernes, tunnels et même forages.

La Suisse nécessite un réseau sismique pour surveiller l’activité sismique de fond et comprendre les effets des rares tremblements de terre à grande échelle qui peuvent provoquer de nombreux dommages. C’est un point important même pour un pays dont le risque sismique est modéré comme en Suisse. Un réseau dense à la pointe de la technique qui surveille l’activité sismique en temps réel répond à ces exigences et notifie également rapidement les autorités, les médias et le grand public lors d’événements sismiques importants, tout en fournissant des données de grande qualité pour l’étude des risques et la recherche sismique fondamentale.

Le réseau sismique dense de Suisse consiste en des stations sophistiquées modernes à faible bruit, qui communiquent en temps réel avec des hubs de traitement distribués à l’ETH Zurich. Les données sont analysées et les événements détectés en quelques dixièmes de seconde après le phénomène.

Le centre de traitement de Zurich collecte les données enregistrées en Suisse à partir de deux sources différentes :

  • Le réseau national suisse (CHNet), constitué à la fois du Réseau à large bande (SDSNet) et du Réseau accélérométrique (SSMNet), utilisant principalement des sismomètres large bande pour enregistrer les tremblements de terre locaux faibles, régionaux modérés et mondiaux modérés à fort, et d’accéléromètres pour enregistrer les tremblements de terre locaux modérés et forts.
  • Des réseaux spéciaux (souvent temporaires) destinés à surveiller une activité naturelle accrue peuvent être déployés pour suivre les répliques, les explorations géothermiques outre-mer, assister la recherche ou les projets éducatifs (p. ex. AlpArray et seismo@school) ou répondre à des demandes industrielles de tiers.
test
Carte de toutes les stations en temps réel contrôlées par le SED en Suisse

 

La localisation précise des tremblements de terre dépend des observations collectées depuis de nombreuses stations sans lacunes azimutales importantes, y compris certaines proches de l’épicentre. Toutefois, puisque les secousses provoquant des dommages en Suisse peuvent aussi provenir d’évènements hors de ses frontières, le Réseau sismique surveille également toutes les stations opérationnelles en temps réel dans les pays limitrophes.

L’instrument principal des stations SDSNet est un sismomètre large bande ultrasensible qui enregistre même les plus faibles mouvements du sol causés par des séismes faibles locaux, modérés régionaux ou modérés à fort au niveau mondial. Lorsque c’est possible, les stations SDSNet sont installées sur une roche solide sur des sites éloignés.

Le SDSNet est la colonne vertébrale des efforts de surveillance sismique en Suisse, et les données qu’il collecte permettent la production d’un catalogue sismique homogène complet en termes de magnitude dans tout le pays. Actuellement, la magnitude la plus basse d’un évènement sismique pouvant être détecté et localisé précisément dans toute la Suisse est 2.0. Toutefois, dans les zones où le réseau est plus dense et où le bruit de fond reste faible, des magnitudes d’environ 1.0 peuvent être détectées (remarque : des tremblements de terre plus petits sont souvent enregistrés et mentionnés sur notre site web, mais tous les évènements de cette ampleur ne peuvent être enregistrés, ce qui fait que notre catalogue est incomplet à ce niveau de magnitude).

Les tremblements de terre d’une magnitude d’environ 4.5 ou au-delà, enregistrés à proximité d’une station SDSNet produisent des secousses hors échelle, excédant la plage des capteurs large bande. Dans le cadre d’une mise à jour du réseau, tous les sites SDSNet seront équipés d’un accéléromètre additionnel pour garantir que même les gros tremblements de terre sont enregistrés sans saturation, et que ces stations enregistrent toute la gamme de magnitudes, à l’échelle.

test
Carte de tous les sismomètres à large band et courte période contrôlées par le SED en Suisse

Le SSMNet complète le SDSNet en améliorant la densité et la couverture du réseau.

Les stations SSMNet sont équipées d’un accéléromètre capable de mesurer des secousses modérées à fortes. La plupart des stations SSMNet sont situées en zone urbaine, dans les régions à haut risque et là où des impacts importants sont attendus.

Lorsque des gros tremblements de terre se produisent, les données de ces stations fournissent une information cruciale pour comprendre la façon dont se produisent les dommages. Bien que ces stations soient conçues pour enregistrer les mouvements du sol, elles peuvent également détecter des tremblements de terre qui ne sont pas ressentis par la population locale.

test
Carte de tous les accéléromètres contrôlés par le SED en Suisse

Le suivi instrumental de l’activité sismique en Suisse a commencé tôt au xxe siècle (voir l’histoire du SED). Depuis lors, la Suisse a été aux avant-postes de la surveillance sismique en Europe.

Dans les années 1970, un réseau sismique télémétrique à gain élevé et courte période a été installé, enregistrant les données sur microfilms.

Au milieu des années 1980, le réseau consistait en un maillage dense de capteurs à gain élevé, avec des communications radio numériques vers un système informatique central, et traitement automatique pour la détection des tremblements de terre. Ces capteurs étaient placés sur une roche solide sur des sites à très faible bruit pour leur permettre d’enregistrer la sismicité de fond en Suisse.

Au début des années 1990, le Réseau accélérométrique suisse (SSMNet) a été établi avec une instrumentation 12 à 16 bits activée par accès commuté. Les stations ont été installées sur 70 sites à l’air libre, principalement en zone urbaine, et en grille sur le site de 6 barrages. Ce réseau se concentrait sur des zones où le risque sismique est élevé et où de forts effets locaux d’amplification des mouvements du sol peuvent être attendus.

À la fin des années 1990, des capteurs large bande équipés d’enregistreurs de données 24 bits ont remplacé les capteurs courte période, et la synchronisation GPS a été mise en place. Un système internet sécurisé à large bande a permis également d’améliorer les communications.

Dans les années 2000, des accéléromètres de qualité similaire ont été également installés. Ce nouveau système moderne combinant le Réseau sismique numérique suisse (SDSNet) et le Réseau accélérométrique suisse (SSMNet) est appelé le Réseau national suisse (CHNet).

La plupart des stations SDSNet sont équipées de sismomètres large bande Streckeisen STS-2 couvrant une plage de période de 120 s à 50 Hz, avec une réponse quasi-constante. Quelques stations ont des capteurs Trillium 120s ou 40 s avec une résolution inférieure, spécialement sur des périodes plus longues, mais qui sont plus sensibles aux hautes fréquences. Une station en forage à Bâle est équipée d’un sismomètre 360s Guralp CMG-3T. Tous les capteurs période courte 5 s ou 1 s sont en cours de remplacement par des capteurs large bande de la dernière génération (Streckeisen STS-2.5 et Nanometrics Trillium 240s, dont la performance est comparable à celle du sismomètre Streckeisen STS-2).

Les systèmes de numérisation et d’acquisition de données utilisés par la majorité de ces stations sont des appareils Nanometrics de différentes générations. La rénovation actuelle du réseau vise à remplacer les systèmes d’ancienne génération dont le stockage et les options de communication étaient limités, par les tout derniers systèmes Nanometrics Centaur et Quanterra Q330HR. Par ailleurs, toutes les stations large bande seront équipées sur place de capteurs accélérométriques EpiSensor afin que tous les séismes soient enregistrés à l’échelle sur ces sites au sein du système principal.

Toutes les stations SSMNet sont équipées d’un accéléromètre 200Hz Kinemetrics EpiSensor, avec un enregistreur de données Nanometrics Taurus ou Centaur.

Les enregistreurs de données utilisés au sein du CHNet sont synchronisés par GPS. Les stations SDSNet échantillonnent les signaux sismiques à une fréquence d’au moins 120sps, et plus précisément 120sps (STS-2), 200sps (STS-2.5, Trillium 40s, 120 s, 240 s) et 250sps (EpiSensors indépendants).

Les communications entre le terrain et Zurich sont assurées par différents fournisseurs d’accès indépendants pour éviter un scénario de rupture en un seul point. La plupart des stations SSMNet utilisent des communications cellulaires, bien que des solutions plus robustes soient utilisées pour le réseau de base SDSNet. Toutes les stations ont adopté des solutions large bande à latence minimale, essentielles pour les alertes sismiques précoces. Les paquets de données sont envoyés au minimum toutes les secondes, avec une latence de communication inférieure à 1 s.

Le bruit ambiant d’une station sismique est la somme des signaux acoustiques dans l’environnement. Le niveau de bruit est influencé non seulement par la proximité du site avec les activités et infrastructures humaines, mais aussi par la géologie, la température, la stabilité de la pression et même la distance à la mer. CHNet utilisant des instruments très sensibles destinés à la mesure du bruit environnant par opposition avec le bruit du capteur, il est important de minimiser le bruit ambiant pour permettre de détecter même des signaux sismiques faibles. La sélection des sites pour le DSDNet doit être particulièrement méticuleuse, car il est important de minimiser le bruit ambiant dans la gamme de fréquences intéressantes, soit une plage de 100 Hz à 1000 s. Toutefois, il a fallu faire des concessions entre la garantie d’un bruit ambiant faible et le maintien de sites historiques. De nombreux sites SDSNet ont été choisis il y a plusieurs décennies lorsque les capacités des capteurs étaient bien inférieures et que les infrastructures proches étaient plus rares. Bien que certains de ces sites puissent être considérés désormais comme « bruyants », il est important de les conserver pour comparer les enregistrements d’évènements sur le même site, même à des décennies de distance, car cela permet d’identifier les phénomènes récurrents et de mieux comprendre les caractéristiques sismiques. Un autre aspect à prendre en compte lors de la sélection d’un site pour une station sismique est d’assurer une sécurité adéquate et une alimentation électrique et des communications fiables. Parfois, des sites avec un bruit ambiant important sont quand même choisis car il est important de mesurer les tremblements de terre en un endroit particulier : c’est le cas notamment à proximité de Bâle où nous avons besoin de capteurs même si le niveau de bruit est élevé. C’est un véritable défi de garantir de faibles niveaux de bruits sur de longues périodes (ce qui est une exigence essentielle pour les capteurs large bande), l’inclinaison, la température et les variations de pression doivent rester extrêmement faibles, et les stations doivent être installées sur une roche solide.

De nombreuses stations SDSNet sont situées dans d’anciens bunkers militaires et à proximité de barrages où existe déjà une excellente infrastructure, où les niveaux de sécurité et la protection environnementale sont élevés et où le « bruit culturel » est souvent faible. Les cavernes naturelles et les galeries creusées par l’homme constituent également des sites de bonne qualité. Dans l’avant-pays alpin, un substrat rocheux peut être difficile à trouver, de telle sorte que les capteurs sont placés dans des forages profonds de 100 à 150 m, ou sous une voûte de béton à faible profondeur.

Les stations SSMNet sont souvent situées près des centres-villes anciens ou à proximité d’équipements de type hôpital ou école. Les capteurs sont placés à l’extérieur des bâtiments sous des voûtes béton peu profondes.

Pour chaque nouvelle station potentielle, des mesures de bruit sismique sont effectuées en continu pendant au moins deux semaines, et le site n’est accepté que si les conditions de bruit sont jugées correctes. De hauts niveaux de bruit sont attendus dans l’avant-pays alpin, où d’épaisses couches de dépôts sédimentaires, ainsi que du bruit anthropogénique et/ou culturel ne peuvent être évités.

La performance journalière du réseau en termes de spectre de bruit pour toutes les stations SDSNet et SSMNet est actualisée chaque jour et publiée sur le site PQLX. Des informations plus complètes sur les conditions locales de chaque site CHNnet peuvent être trouvées dans la Site Characterization Database for Seismic Stations in Switzerland.

La plupart des données sismiques sont collectées sur le hub de traitement du SED à l’ETH de Zurich, grâce à un protocole standard de communication SeedLink. Les enregistreurs de données Nanometrics historiques utilisent toujours Nanometrics NAQS, même si ce protocole est périmé. Les données des stations accélérométriques, large bande et courte période sont toutes utilisées pour tous les traitements de données lorsque c’est approprié. Par exemple, si la qualité du signal est suffisante, même des stations accélérométriques sur des sites bruyants peuvent aider à la localisation précise automatique des séismes, et toutes les données sismiques à l’échelle peuvent être utilisées pour produire des ShakeMaps.

Pour garantir la robustesse du système et le protéger contre des pannes matérielles isolées, acquisition et traitement sont redondants sur deux sites séparés à l’ETH de Zurich.

Les données de formes d’onde sont traitées en temps réel par l’intermédiaire de SeisComP3, une plate-forme complète de suivi sismique développée au GFZ à Potsdam. Le logiciel est également utilisé pour le contrôle manuel et la gestion finale du catalogue sismique. La détection et la quantification automatique des évènements (détermination de la localisation et de la magnitude sismiques) sont effectuées en général dans les 60 s suivant le phénomène. Les enregistrements de tous les évènements sismiques sont immédiatement publiés sur le site web du SED. Si le tremblement de terre est considéré comme assez fort pour avoir été ressenti localement, une alerte est envoyée aux autorités, aux médias et aux scientifiques concernés, qui examinent l’évènement et établissent manuellement sa localisation en quelques dizaines de minutes. Les ShakeMaps et les tenseurs de moment sont également disponibles pour des évènements plus importants. Un modèle de vitesse 3D est utilisé pour améliorer la localisation automatique des évènements sismiques et créer un catalogue final.

Des données de forme d’onde à haute définition sont archivées en permanence en format MiniSeed standard. Les informations et les données de forme d’ondes continues fournies par le réseau SDSNet sont disponibles librement pour la communauté. L’archive numérique complète a également été convertie dans ce format, y compris les formes d’onde des évènements antérieurs à 1999, et les archives complètes et continues sont conservées depuis 1999. Toutes les données sont disponibles sur le portail de formes d’ondes du SED WebDC3. Le portail accélérométrique du SED peut être utilisé pour explorer l’archive des formes d’ondes en utilisant le catalogue sismique et les paramètres techniques de pointe.

Les données de forme d’onde et les informations sismiques suisses sont disponibles en temps réel pour les réseaux sismiques voisins (INGV en Italie, LED en AllemagneISTerre en France et ZAMG en Autriche) ainsi que pour différentes agences européennes ou mondiales (ORFEUS, GFZ, IRIS, EMSC).