Samedi-sciences (168): détecter les séismes avec des smartphones

Une équipe de chercheurs a montré qu’il est possible d’utiliser les données GPS des téléphones mobiles pour détecter les secousses d’un tremblement de terre et fournir ainsi un système d’alerte précoce des séismes.

Dégâts provoqués par le tsunami du 5 mars 2011 à Ofunato, au Japon © US Navy/Matthew Bradley Dégâts provoqués par le tsunami du 5 mars 2011 à Ofunato, au Japon © US Navy/Matthew Bradley
Une équipe de chercheurs a montré qu’il est possible d’utiliser les données GPS des téléphones mobiles pour détecter les secousses d’un tremblement de terre et fournir ainsi un système d’alerte précoce des séismes.

Le principe de base est que les téléphones mobiles contiennent un système de localisation GPS, qui peut servir de capteur pour observer les mouvements sismiques. Bien que ces dispositifs soient beaucoup moins précis que les appareils scientifiques, ils sont suffisants pour détecter de forts séismes, de magnitude 6 ou 7 ou supérieure, d’après une étude réalisée par Benjamin Brooks et ses collègues de l’US Geological Survey, à Menlo Park (Californie).

Leur idée est de développer des systèmes d’alerte sismique en crowdsourcing, autrement dit en faisant appel à un grand nombre de propriétaires de mobiles (ou d’autres appareils avec localisation GPS), ce qui permettrait, d’après les chercheurs, de compenser le manque de précision des appareils commerciaux par la quantité de données réunies. Les simulations réalisées par Brooks et ses collègues, publiées dans Science Advances, suggèrent que cette approche est réalisable.  

L’intérêt d’utiliser les téléphones mobiles pour créer un système d’alerte tient essentiellement au faible coût de l’entreprise. Dans certaines régions, notamment au Japon et au Mexique, il existe des systèmes d’alerte précoces basés sur un réseau de sismomètres de précision. Au Japon, un tel système a permis de sauver des vies lors du grand séisme de Tohoku, en 2011, qui a déclenché un tsunami et provoqué la catastrophe de Fukushima. Mais ces systèmes sont très coûteux à installer et à entretenir, ce qui est un obstacle à leur multiplication, en particulier dans les régions sismiques des pays pauvres du tiers monde.

Brooks et ses collègues ont réalisés des tests de sensibilité, consistant grosso modo à déplacer un téléphone mobile et a enregistrer les mouvements détecter par le capteurs GPS ; ils ont ensuite comparé cet enregistrement avec celui obtenu à l’aide d’un appareil scientifique, plus sensible. En résumé, les résultats montrent que même s’ils ne sont pas très sensibles, les téléphones mobiles actuels peuvent détecter un gros séisme. Selon les chercheurs, à petite distance, les meilleurs téléphones mobiles ou GPS du marché peuvent observer un séisme de magnitude 6 avec un rapport signal-bruit égal ou supérieur à 10, ce qui garantit une détection effective.

Bien sûr, un dispositif d’alerte fiable ne pourrait pas reposer sur un seul appareil : il suffirait que ce téléphone soit éteint, ou qu’il soit en mouvement dans une voiture, pour que ses informations soient inutilisables. C’est là qu’intervient l’idée du crowdsourcing. Brooks et ses collègues ont fait des simulations en supposant que l’on puisse collecter les données d’un grand nombre d’appareils. Ils ont effectué une simulation d’un séisme de magnitude 7 survenant dans la zone d’Oakland, en Californie. Dans cette simulation, un téléphone est « déclenché » par un tremblement de terre s’il enregistre un mouvement d’au moins 5 centimètres, et quatre autres téléphones proches du premier détectent simultanément ce mouvement. Pour éliminer les coïncidences, la simulation ne produit une l’alerte que si au moins 100 appareils ont été ainsi « déclenchés » (donc il faut que 100 téléphones détectent le mouvement et que chacun d’entre eux soit entouré de quatre autres qui l’ont aussi détecté).

En supposant que seulement 0,2% de la population de la zone d’Oakland possédant un mobile soit connecté, soit moins de 5000 personnes, le système de Brooks et ses collègues permet de détecter un séisme simulé en 5 secondes. Cela permettrait de lancer une alerte quelques secondes avant que la plus forte secousse atteigne San Francisco et 10 secondes avant qu’elle parciennent à San Jose. Ce délaio permettrait aux enfants de s’abriter, ou aux conducteurs de trains d’actionner leurs freins.

Les chercheurs ont réalisé une autre simulation, cette fois en partant des données du tremblement de terre de Tohoku. Ils ont ajusté leur programme pour réduire les chances de fausse alerte à environ une sur deux millions. Avec ce réglage, le système aurait détecté le séisme 77 secondes après son début, ce qui auraiot permis une alerte environ 10 secondes avant que la secousse atteigne Tokyo. Mieux, cela aurait procuré un délai de plusieurs minutes avant le tsunami qui a suivi. Même si les dispositifs scientifiques sont plus performants, le système proposé par Brooks et ses collègues pourrait rendre des services.

Avec la technologie déjà commercialisée, il suffirait de modifier légèrement les logiciels des mobiles pour mettre en œuvre un tel système. Brooks et ses collègues considèrent donc que leur approche est réaliste. Jesse Lawrence, sismologue à l’université Stanford, interrogé dans Science, les juge optimistes, car ils ne prennent pas en compte toutes les difficultés qui pourraient compliquer la collecte des données d’un grand nombre de mobiles : les batteries peuvent ne pas être suffisamment chargées pour permettre de capter les informations, un téléphone pourrait tomber d’une table pendant un séisme, ce qui fausserait les données de déplacement, etc. « Leur simulation ne reflète pas le monde réel », résume Lawrence. Mais Brooks et ses collègues observent que le crowdsourcing n’en est qu’à ses débuts, et pensent que son utilisation scientifique doit être prise au sérieux.

 

 

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