Tsunamis

Les tsunamis sont des vagues déclenchées par la déformation verticale du fond océanique, causées par des tremblements de terre ou des glissements de terrains sous-marins. Les vagues traversent le bassin océanique à des vitesses très importantes (environ 800 km/h) et, lorsque les vagues s'approchent du rivage, une quantité potentiellement énorme d'eau inonde les côtes. Théoriquement, les anomalies de hauteurs de mer observées par les satellites altimétriques pourraient mesurer ces vagues. Toutefois, leur observation reste difficile, puisque la hauteur supplémentaire est une des composantes de la variabilité océanique. En étudiant les différences entre les observations altimétriques et les modèles de propagation des tsunamis, la communauté scientifique améliore la compréhension d'un tel phénomène et affine les modèles. Seule une approche multidisciplinaire et multi-technique permettra d'appréhender au plus près l'ensemble des aspects géophysiques, hydrodynamiques, énergétiques, etc. mis en jeu.

Les anomalies de hauteurs de mer mesurées par altimétrie intègrent plusieurs signaux océaniques différents tels que la variabilité océanique à grande échelle ou à méso-échelle. Ces signaux limitent considérablement notre capacité à détecter les vagues des tsunamis, ou peuvent au moins de manière significative, modifier les caractéristiques observées. Toutefois, en utilisant une technique de cartographie de la variabilité océanique, la plupart de ces signaux peuvent être supprimés. Ceci fût possible uniquement parce qu'au moment du tsunami du 26 décembre 2004, l'échantillonnage spatio-temporel était correct avec une configuration de 4 satellites altimètres (Jason-1, Topex/Poséidon, Envisat, GFO). Une telle configuration est nécessaire pour décrire la variabilité océanique à méso-échelle et ainsi extraire les signaux générés par le tsunami des signaux de la variabilité océanique.

Il convient d'insister sur le fait que l'altimétrie par satellite n'est pas suffisante pour détecter précocement et donner l'alerte d'un tsunami.  Même avec une configuration de 4 altimètres (comme ce fût le cas lors du tsunami du 26 décembre 2004 dans l'Océan Indien), la probabilité d'observer un tsunami peu de temps après son déclenchement, est très faible [Okal et al., 1999]. Ceci pose également les questions de l'acquisition de données spécifiques et de traitement des données (le temps informatique serait à peine compatible avec le temps nécessaire à une alerte). La seule contribution des satellites altimétriques est de mieux comprendre et d'améliorer les modèles de propagation et de dissipation des tsunamis. En particulier, les données traitées pendant le tsunami du 26 décembre 2004 dans l'Océan Indien, ont été utilisées pour affiner les conditions initiales de déplacement dues au tremblement de terre, et donc pour affiner les sorties de modèle [Ablain, 2006]. 

Le tsunami de 2004 dans l'océan Indien

Avant le tsunami du 26 décembre 2004 dans l'Ocean Indien, l'observation des tsunamis par les satellites altimétriques était relativement insignifiante. Des études portant sur des phénomènes passés [Okal et al.,1999], montrèrent que TOPEX avait été le seul altimètre capable de détecter un tsunami généré par un tremblement de terre au Nicaragua, en 1992. Le signal n'avait pas été clairement observé, en raison de sa faible amplitude (de l'ordre de 8 cm), comparée à l'importance de la variabilité océanique dans cette région. En raison de l'importante vitesse de propagation des tsunamis (environ 800 km/h à 5000 m de profondeur), et le fait que le satellite doit survoler les vagues presque immédiatement après leur déclenchement, la probabilité qu'un satellite altimétrique observe un tsunami est faible.

Traces au sol des satellites Jason-1 (en haut à gauche) et d'Envisat (en bas à gauche) superposées à la simulation de propagation de la vague au moment du passage du satellite (simulation du CEA). La zone correspondante au front du tsunami est encerclée. Comparaison des anomalies de hauteurs de mer mesurées par Jason-1 et Envisat et de la simulation de propagation du CEA (figures de droite, haut et bas). (Crédits CEA et CLS).

Le tsunami du Japon en 2011

Le 11 mars 2011, un séisme de magnitude 9.0 au large des côtes pacifique du Japon a généré une vague, qui lorsqu'elle s'est approchée des côtes, a atteint des hauteurs parfois de plus de 30m. Trois satellites altimétriques (Jason-1, Envisat et Jason-2) ont permis d'observer la dispersion du front de vague dans tout l'océan Pacifique entre 5 h et 22 h après le séisme. Envisat a été le premier à détecter le front de la vague 5h25min après le séisme, en mesurant une amplitude de plus de 30 cm entre le creux et la crête de cette vague. Jason-1 a mesuré une amplitude plus grande (>60 cm entre creux et la crête de la vague), 7h30min après le séisme.

Haut : Traces au sol des satellites Jason (n°147, à gauche), 7h30 après le séisme et Envisat (n°419, à droite)  5h25 après le séisme, superposé à une simulation de propagation de la vague au moment du passage du satellite.
Bas: modèle de siulation du tsunami (courbe noire) comparé aux données altimétriques, le long de la trace, respectivement pour Jason-1 (à gauche, en rouge) et pour Envisat (à droite, en rose). Crédits T.Y Song (2012, Geoph.Research Lett.).

 

Plus d'information:

  • Les applications de l'altimétrie en vidéo : Tsunamis.
  • Image du mois: janvier 2012, des débris issus du tsunamis sur le Pacifique
  • Newsletter n°6, avril 2011: Tsunami observation by altimetry (en anglais)
  • Nasa Earth Observatory website, animation of the wave propagation of the 2011 Japan tsunamis (2012): The Seafloor Focuses and Merges Tsunami Waves (en anglais).
  • Ablain, M., J. Dorandeu, P-Y. Le Traon, A. Sladen, The Indian Ocean Tsunami of December 26, 2004, High Resolution Altimetry Reveals New Characteristics of the December 2004 Indian Ocean Tsunami, Geophys. Res. Lett., 33 (21), 2006. (en anglais).
  • Ablain, M., J. Dorandeu, P-Y. Le Traon, A. Sladen, The Indian Ocean Tsunami of December 26, 2004, Observed by Multi-satellite Altimetry, 15 years of progress in radar altimetry Symposium, Venice, Italy, 2006. (en anglais).
  • Okal, E., A. Piatanesi, and P. Heinrich, Tsunami detection by satellite altimetry. J. Geophys. Res. 104 (B1), 1999.
  • Smith, W.H.F., R. Scharroo, V.V. Titov, D. Arcas, and B.K. Arbic, Satellite altimeters measure tsunami. Oceanography, 18(2), 11-13, 2005. (en anglais).
  • Song, Y. T., I. Fukumori, C. K. Shum, and Y. Yi (2012), Merging tsunamis of the 2011 Tohoku-Oki earthquake detected over the open ocean, Geophys. Res. Lett., 39, L05606, doi:10.1029/2011GL050767 (en anglais).
  • Plaquette de présentation des tsunamis : Tsunami, Les Grandes Vagues, rédigé par le Centre International d'Information des Tsunamis (ITIC).
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