Une nouvelle méthode pour prévoir l’arrivée d’un tsunami ?

par Georges Jobert, août 2017

On a déjà mentionné [1] les perturbations causées par des séismes dans l’ionosphère. Depuis, le sujet a fait l’objet de nombreuses études et l’on peut dire qu’une nouvelle discipline, l’ionosismologie, est née [2,3]. Elle est actuellement basée sur deux méthodes qui ont fait des progrès considérables : la mesure du contenu total d’électrons (TEC) et celle de la lumière du ciel nocturne – airglow en anglais. Pour la première, on analyse le déphasage des signaux1 reçus par des stations GPS, déphasage qui dépend du nombre d’électrons rencontrés2 par les ondes de l’émetteur aux récepteurs. Des perturbations de cette grandeur sont généralement observées peu après de grands séismes (magnitude supérieure à 6,5). Elles sont dues à des ondes dans l’ionosphère induites par celles de l’atmosphère neutre couplées avec des ondes sismiques ou avec un tsunami.

La figure – issue de [2] – donne un schéma du couplage séisme-perturbation ionosphérique. Le mouvement du sol (1) est transféré à l’océan (2), et y produit une onde3 qui à son tour en produit une dans l’atmosphère. Le plasma ionosphérique (3) est à son tour excité et sa densité électronique modifiée. Les ondes émises par les satellites GPS (4) sont perturbées et ces effets peuvent ainsi être observés dans les stations au sol (5).

Après l’observation de ce phénomène dans les grands séismes de Sumatra (2004) et de Tohoku (2011), on peut maintenant déterminer des soulèvements de la surface océanique de quelques centimètres seulement, dans des tsunamis provoqués par des séismes comme ceux de l’île Reine Charlotte (Magnitude 7,7, 27/10/2013) et du Chili (Magnitude 8,2, 16/9/2015)4.

À Hawaï on a pu aussi utiliser une caméra airglow pour examiner la propagation du tsunami de Tohoku dans une zone de 180×180 km² entourant l’île. La lumière nocturne est due essentiellement à l’émission d’un photon à 630 nm quand un ion d’oxygène capture un électron pour former un atome d’oxygène. Le passage d’une onde dans l’ionosphère perturbe cette réaction vu les tailles et masses différentes des deux particules.

L’Office de la Recherche navale des États-Unis a lancé un programme auquel participent des équipes de l’IPGP5, de l’Université de l’Illinois et du CEA6. Il a trois objectifs majeurs : démontrer que l’on peut déterminer, à partir des données ionosphériques, le soulèvement de la surface océanique causé par un tsunami ; installer un nouveau système d’observation de la lumière nocturne à Tahiti ; inverser les données sismiques et ionosphériques pour obtenir les paramètres physiques du couplage des milieux où se produit le phénomène.

On pourra ainsi améliorer la stratégie d’alarme aux tsunamis, particulièrement pour ceux qui se produisent dans des zones non pourvues de système de détection au sol ou sont dus à des sources non-sismiques (explosions dans l’air ou dans l’eau, glissements de terrain, impacts). On en attend aussi une meilleure compréhension du couplage entre la basse atmosphère et l’ionosphère. L’application en routine de la méthode dépendra évidemment de la mise en place rapide des moyens prévus.

Georges Jobert

1 Fréquences des porteuses : 1575,42 et 1227,60 MHz. Dans l’ionosphère un tube vertical d’un mètre carré de section comporte de l’ordre d’une à quelques centaines d’unités TEC (1016 électrons/m²)

2 On doit évidemment tenir compte de l’inclinaison du trajet.

3 Dont la propagation est contrôlée par la pesanteur et appelée onde de gravité.

4 Un effet analogue avait été mentionné pour le séisme de l’Aquila (6/4/2009), pourtant non associé à un tsunami, mais ce résultat a été réfuté. http://www.nat-hazards-earth-syst-s...

5 IPGP : Institut de physique du globe de Paris

6 CEA : Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives.

Mis en ligne le 8 août 2017
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