Elle décode les tremblements de terre des volcans sous-marins (et Taylor Swift) | Magazine Quanta

Nous considérons souvent les volcans comme des merveilles de gratte-ciel, mais ces portails vers le monde souterrain résident également sous l’eau. Malheureusement, les volcans sous-marins sont plus difficiles à étudier que leurs frères et sœurs terrestres. Mais il serait difficile de trouver quelqu’un de plus enchanté par eux – et de plus obstinément déterminé à les étudier – que Jackie Caplan-Auerbach.

Volcanologue à la Western Washington University, Caplan-Auerbach est également sismologue, quelqu'un qui utilise les secousses des tremblements de terre pour comprendre la géophysique. Et il se trouve que les volcans actifs sont de prodigieux producteurs de tremblements de terre ; ils font autant de bruit sismique qu’ils peuvent en rassembler. Pour Caplan-Auerbach, ce bruit est une musique pour ses oreilles scientifiques : des données qui peuvent être utilisées pour en apprendre davantage sur le fonctionnement interne de notre planète.

Ecouter ces chants volcaniques ne consiste pas seulement à assouvir une curiosité scientifique isolée. Lorsqu'un volcan sous-marin du Pacifique Sud nommé Hunga Tonga-Hunga Ha'apai a provoqué une catastrophe a explosé en janvier 2022, il a provoqué un tsunami régional dévastateur, fait vibrer l'atmosphère comme la surface d'un tambour et enseveli sous les cendres l'île principale du Royaume des Tonga. Caplan-Auerbach et ses collègues espèrent qu'en étudiant la bande sonore d'éruptions aussi violentes, ils pourront en apprendre suffisamment sur la physique derrière les paroxysmes pour atténuer les impacts des futures catastrophes volcaniques.

Quanta Magazine J'ai rencontré Caplan-Auerbach pour discuter de son parcours en géophysique et de ce que signifie étudier les mélodies de ces montagnes magmatiques. L'interview a été condensée et éditée pour plus de clarté.

Comment décrivez-vous ce que vous faites ?

J'étudie les tremblements de terre qui ont lieu dans les systèmes volcaniques, que je décris comme les chants du volcan. J'ai toujours aimé le son. Et j'ai toujours aimé la résonance et les ondes stationnaires. Un exemple classique d'ondes stationnaires est lorsque vous prenez une bière et soufflez sur le haut de la bouteille, et cela bourdonne - ou lorsque vous passez votre doigt sur le dessus de votre verre à vin, ce qui est plus à mon goût alcoolisé, et le verre chante. Tout a un bourdonnement associé à sa forme et à ses propriétés matérielles, et les volcans ne sont pas différents. Leurs conduits ont des bourdonnements.

Je ne sais pas pourquoi, mais cette science m'a toujours beaucoup attiré. C’est exactement ce que j’ai adoré, et je peux le faire sur des volcans.

Vous avez parlé précédemment à Quanta, pour une histoire sur la façon dont les tremblements de terre à l'intérieur des volcans peuvent révéler si la roche en fusion s'accumule en profondeur ou se déplace vers la surface, conduisant peut-être à une éruption. Mais comment espionner les volcans sous-marins ? 

Les océans en général sont difficiles à étudier. On ne voit pas très loin ; c'est très difficile de poser des instruments. Il fait froid. C'est de la haute pression. C'est salé. Les choses se corrodent et implosent.

Si nous voulons surveiller les volcans sous-marins, nous pouvons y installer des instruments. La plupart du temps, nous laissons tomber des instruments par-dessus bord, notamment des sismomètres ; puis nous partons, puis nous revenons, récupérons les instruments et voyons ce qui s'est passé pendant notre absence. Mais si nous voulons obtenir des informations en temps réel, nous devons généralement poser un câble instrumenté, et les coûts sont astronomiques.

Quels types d’instruments pouvez-vous utiliser ? 

Hydrophones, ou oreilles mécaniques qui écouter à toutes sortes de bruits sous-marins, sont un merveilleux outil. Il y a une zone sous l'eau d'environ un kilomètre où le son est piégé. Si vous avez un hydrophone là-bas, il peut entendre des sons provenant littéralement de milliers de kilomètres. Vous pouvez configurer un tableau qui vous dit : « Oh, ce son vient d'ici et ce son vient de là ». Vous pouvez entendre les tremblements de terre, vous pouvez entendre les glissements de terrain, vous pouvez entendre les éruptions volcaniques, vous pouvez entendre les baleines, vous pouvez entendre les navires – Dieu, les navires sont bruyants. Et vous pouvez en quelque sorte diffuser les chants de l’activité volcanique.

Dans un monde idéal, vous auriez toujours vos sismomètres sur le volcan lui-même. Mais un simple hydrophone peut vous en dire beaucoup. Des hydrophones ont été déployés à plusieurs reprises dans la région des Tonga, et c'est un outil que j'aimerais utiliser davantage.

J’imagine que, sous ou au-dessus de l’eau, chaque nouvelle éruption, c’est comme entendre pour la première fois un nouveau dialecte, qu’il faut traduire.

Droite. Quand avons-nous une coulée de lave décombres s’approchant de la côte, ou quand avons-nous une coulée de lave plus fluviale qui s’écoule ? Au début, nous ne savons pas comment identifier ce genre de choses. C'est pourquoi la science est amusante. La partie amusante est de dire : je ne sais pas, et comment puis-je le savoir ?

Qu’est-ce qui vous séduit dans les volcans sous-marins ?

Ils nous montrent qu’il se passe des choses extraordinaires sous l’eau dont nous ignorons même l’existence. Cela me donne l’impression que nous ne sommes tout simplement pas si pertinents, ce que je trouve plutôt merveilleux. Cette planète n'est pas là pour nous. Cette planète fait ses propres choses.

Existe-t-il des éruptions ou des tremblements de terre qui ne présentent pas ce dilemme émotionnel ?

Je parle du Tremblement de terre de Denali en 2002 comme le tremblement de terre parfait : il était énorme, il a eu des impacts incroyables, il a répondu à beaucoup de questions sur le fonctionnement de cette faille, mais il n'a tué personne. C’était cet événement d’une magnitude proche de 8.0 dont vous pouviez véritablement vous enthousiasmer sans vous sentir coupable.

C'est une autre bonne chose à propos des volcans sous-marins. À l’exception de cette ordure aux Tonga, pour la plupart, les gens ne sont pas touchés par ces mesures.

Avez-vous déjà été tenté de vous spécialiser dans autre chose que les volcans sous-marins ?

Quand je suis allé à l'Université d'Hawaï, je débattais entre faire de la géophysique marine et des sciences planétaires. Je me disais, oh mon Dieu, je pourrais étudier l'Olympus Mons, le plus haut volcan de Mars. Mais au cours de mon deuxième semestre, j'ai participé à une croisière de recherche de 28 jours dans le bassin de Lau, dans le Pacifique Sud, au cours de laquelle j'ai signé, scellé et livré des documents de géophysique marine. J'adore être sur les navires. Alors j’étais comme, au diable ces trucs planétaires.

Aussi merveilleux qu’ils soient, les volcans sous-marins peuvent parfois inspirer l’horreur. Cela a été démontré en janvier 2022 par les violents Hunga Tonga-Hunga Ha»l'éruption apai – qui, bien qu'elle ait commencé sous l'eau, s'est fait connaître en explosant immédiatement au-dessus de la surface de la mer et en perçant un trou dans l'atmosphère terrestre. Comment votre fascination pour les volcans et les tremblements de terre résiste-t-elle face à ces catastrophes ?

C'est l'un des défis de l'étude des risques naturels : comment puis-je être si enthousiasmé par la science et ne sois pas irrespectueux aux personnes qui ont été touchées négativement ? Et c'est vraiment difficile. Si je me réjouis de ces choses, c'est peut-être aussi parce que je n'ai pas encore travaillé sur une éruption qui a été dévastatrice.

L’onde de choc de l’éruption tongienne tsunamis déclenchés à l’autre bout du monde, à la fois dans l’océan Atlantique et en mer Méditerranée – ce qui n’était jusqu’alors qu’une possibilité théorique, n’est-ce pas ? 

Ouais. L'éruption des Tonga a confirmé que des tsunamis peuvent être provoqués par les ondes de gravité atmosphériques. C'est ahurissant.

Nous sommes presque deux ans après cet extraordinaire explosif éruption. La recherche sur cet événement a-t-elle fait progresser la science de la volcanologie d’une manière ou d’une autre ?

Oui. La majeure partie du volcan est assez intact, et c'est fou. Et ce qui en est sorti – les débris volcaniques éjectés – a voyagé jusqu'à présent sous l'eau. Avec un événement aussi important et inhabituel que celui-ci, je pense qu’il réécrit et redirige à la fois nos questions. Je pense que cette éruption soulève des questions que nous n'avions peut-être pas posées auparavant. Principalement, comment peut-on produire autant de puissance explosive sans que l’édifice ne s’effondre ?

Ainsi, même si les éruptions importantes peuvent être dangereuses, l’avantage est qu’elles fournissent aux scientifiques des indices sur le fonctionnement des volcans ?

Droite. Parfois, nous trouvons ces indices parce que nous utilisons une technologie différente. Parfois nous les trouvons parce que la planète nous offre un cadeau. Et j’ai l’impression que des éruptions comme celle-ci, dans une certaine mesure – et en ce qui concerne les personnes qui en subissent les conséquences négatives – sont scientifiquement un peu un cadeau.

Cet été, vos recherches ont attiré l’attention d’un groupe inattendu : les Swifties.  

Oh mon Dieu. Je ne regrette rien de tout cela.

Taylor Swift s'est produite au Lumen Field de Seattle les 22 et 23 juillet, et vous avez pu observer les ondes sismiques générées par les concerts. Selon ton selon une analyse de l’Université de Princeton, ces performances ont produit une activité sismique mesurable, tout comme un petit tremblement de terre. Et ça a eu beaucoup de attention à la presse. Comment était-ce?

Je ne suis plus celui qui étudie les volcans. Je suis la personne connue pour le Swift Quake. C'est totalement ridicule. Les gens ont demandé : Taylor Swift a-t-elle tendu la main ? Non, Taylor Swift n'a pas tendu la main. 

Vous êtes : en présentant votre travail sur le séisme de Swift lors du rassemblement de l'American Geophysical Union à San Francisco en décembre. Qu’allez-vous révéler ?

Les données sont tellement cool. Vous pouvez identifier des chansons individuelles comme « Blank Space » et « Shake It Off » en identifiant leurs battements par minute – leur rythme – à l’aide d’un sismomètre. Et nous sommes en fait capables de distinguer des choses comme la musique amplifiée, ou le groupe, ou le comportement de la foule. Ils ont des caractéristiques sismiques très distinctes et intéressantes.

Ce n’est pas si différent de l’identification de différents types d’activité à l’intérieur des volcans sous-marins.

Droite. Différents rythmes de séismes volcaniques correspondent à différents types d’activité volcanique, du mouvement du magma se fissurant à travers les roches jusqu’aux glissements de terrain. Et il y a des gens vraiment intrigués par le séisme Swift qui ne sont pas des scientifiques, et quand il s'agit de science, tout ce qui suscite l'intérêt du public est formidable. Cela me rend vraiment heureux. 

Beaucoup de gens considèrent un volcanologue comme quelqu'un qui escalade des montagnes enflammées et prélève des échantillons de roche solide et de lave bouillonnante. Mais utiliser les tremblements de terre pour « entendre » le magma, les gaz et les Swifties implique également beaucoup de physique – et il semble que vous soyez un physicien dans l'âme. Alors, qu’est-ce qui est venu en premier pour vous : les volcans ou la physique ?

Mon père avait un diplôme en médecine mais a toujours aimé l'astronomie. Lorsque nous visitions sa maison, nous nous asseyions dehors, il avait un télescope et nous parlions des étoiles. J'adorais l'astronomie et l'astrophysique. Fondamentalement, j’ai adoré la physique. Je me souviens de mon cours de physique de première année où nous étions littéralement debout et applaudissions pour une dérivation.

Cela ressemble un peu à regarder un grand tour de magie se dérouler. 

C'était! Je me souviens de deux conférences qui étaient magiques. L'un d'entre eux prouvait que la vitesse de la lumière était constante, qu'elle ne dépendait pas d'un référentiel. Et c'était totalement magique que ce nombre ne soit plus pris en compte dans les calculs.. Et l'autre, c'était quand nous avons dérivé E = mc². C'était tellement cool.

Tout le monde semble penser que nous sommes venus à la géologie parce que nous aimions les excursions sur le terrain. Mais ce qui m'a attiré, c'est cette dérivation. Et parfois, je pense que nous devrions célébrer la beauté de cela, car pour certaines personnes, cela suffit. C'est captivant. J'aime être sur le terrain, j'aime utiliser des sismomètres et être à bord des navires. Mais je pense que nous devrions aussi célébrer la beauté qu’est la physique.