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Séismes et tsunamis : les chercheurs du CEA veillent

L'analyse du tsunami de Sumatra mobilise l'énergie des scientifiques du monde entier. En France, les chercheurs du Commissariat à l'Energie Atomique participent activement à son étude pour mieux comprendre le phénomène et mieux s'en protéger.

TsunamiEn France, les chercheurs du Commissariat à l’Energie Atomique participent activement à l'étude des séismes afin de mieux comprendre et anticiper les phénomènes comme le Tsunami de Sumatra
© SXC

CEA : Mission détection
Le séisme de Sumatra et le tsunami qui s'en est suivi constituent, ensemble, l'une des plus graves catastrophes naturelles connues ; ils auraient fait plus de 300.000 morts. . En France, cet événement est actuellement étudié par les scientifiques du Département analyse, surveillance environnement (DASE) du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA), situé à Bruyères-le-Châtel, en Essonne. Leur travail devrait permettre de mieux connaître et comprendre les mécanismes de ce genre de phénomène.


Le risque en France

Quatorze minutes après qu'il se soit produit, le tremblement de terre du 26 décembre 2004 était détecté par les instruments dont le DASE dispose en France. Son réseau de 40 capteurs sismiques lui permet en effet de détecter et d'étudier les séismes, qu'ils se produisent aux antipodes ou en France même. Car nous ne sommes pas à l'abri de ce type de risque. En 1531, la ville de Lisbonne a été dévastée par un tremblement de terre. Il a d'ailleurs provoqué une vague géante qui a atteint les côtes françaises. « Et puis, la Polynésie française est menacée de recevoir à tout moment un tsunami en provenance d'Amérique du Sud, signale Hélène Hébert, spécialiste de la simulation numérique des tsunamis au DASE. Nous savons déjà que si ce cas se présentait, nous disposerions de 8 heures environ pour organiser l'évacuation de la population. »

Montage de photos prises par Ie satellite IkonosLe premier cliché a été pris le 13 janvier 2003, le second, le 29 décembre 2004. Il montre l’évolution du paysage autour de Khao Lak, station balnéaire populaire située sur la cote sud de la Thaïlande. Il met en évidence que la végétation luxuriante a été largement emportée, que le profil des plages a été modifié, que des ports ont été détruits et que la mer a gagné du terrain.
© Space Imaging/CRISP-Singapore
Mais le CEA a aussi d'autres bonnes raisons de s'intéresser au sujet. Ses capteurs sont à même de détecter d'éventuelles explosions nucléaires souterraines dans le monde. Le Traité d'interdiction complète des essais nucléaires (TICE) prévoit en effet que ses signataires devront renoncer à de telles expériences. La France, qui l'a ratifié, peut ainsi en contrôler l'application. De plus, la surveillance des séismes en France et à ses frontières permet au CEA de déterminer l'aléa sismique, utilisé par les pouvoirs publics pour définir les normes parasismiques.


Pour mieux donner l'alerte

Grâce à cette expertise acquise au fil des ans, le CEA va pouvoir participer aux discussions scientifiques qui ne vont pas manquer d'avoir lieu après le séisme de Sumatra. « Jamais avant ce jour, on n'a eu autant de moyens d'observation braqués sur un séisme de cette importance, note Yves Cansi, sismologue au DASE. Les capteurs sismiques disséminés à la surface du globe n'ont jamais été aussi nombreux, variés et d'aussi bonne qualité. » Deux satellites océanographiques franco-américains ont également pu suivre l'événement. Les nombreuses données recueillies devraient notamment permettre d'affiner les modèles informatiques qui décrivent la naissance des tsunamis et leur propagation. A terme, on devrait pouvoir prédire leurs caractéristiques dès qu'un séisme sous-marin est détecté. Et ainsi donner efficacement l'alerte.

01.L'alerte est donnée en France

seismtsuna2Carte situant le point d’impact initial du Tsunami sur la côte de Sumatra.
© Nasa
Il est 7h58 (heure locale) lorsque se déclenche au large de Sumatra l'un des séismes les plus meurtriers de l'Histoire. A 11.000 km de là, en France, un réseau de capteurs sismiques va bientôt détecter le phénomène. Le signal pour une équipe de chercheurs du CEA de se mettre sur le pied de guerre.

Il est 2h20 du matin en France, ce 26 décembre, lorsque Pascal Roudil est réveillé par la sonnerie du téléphone. Ce sismologue du Département analyse, surveillance et environnement (DASE) du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) en a l'habitude. Lorsqu'il est d'astreinte, il lui arrive d'être réveillé une à deux fois par nuit.
A l'autre bout du fil, une voix préenregistrée l'informe qu'un important séisme vient d'avoir lieu. Pascal Roudil se connecte aussitôt aux ordinateurs Centre CEA/DAM-Ile de France, à Bruyères-le-Chatel, en Essonne, qui abrite les moyens techniques du DASE, pour découvrir que celui-ci concerne l'Océan Indien. A trois heures du matin, grâce aux informations dont il dispose et aux calculs qu'il effectue, il évalue sa magnitude : 8,2 sur l'échelle ouverte de Richter. Il s'agit de l'un des séismes les plus importants qu'il ait jamais eu à traiter. Aussitôt, il envoie une alerte aux autorités françaises comme le prévoit la procédure en pareil cas. C'est le lendemain qu'il apprend que le tremblement de terre a généré un tsunami. Alors, avec toute l'équipe du DASE, il va s'attacher à mieux décrire l'événement, exceptionnel, pour mieux le comprendre.


Un événement d'une ampleur exceptionnelle

« A l'annonce du tsunami, j'ai rapidement pris la mesure de ce qui était en train de se passer, se souvient Yves Cansi, sismologue au DASE. Un tsunami a pour particularité de propager les dégâts autour de l'épicentre. » Dans ces régions peuplées, vivant du tourisme balnéaire, le bilan allait être très lourd.
La vague meurtrière aurait fait 300.000 morts environ, estimait-on fin janvier 2005, soit l'une des pires catastrophes naturelles connues. Elle a été engendrée par le cinquième séisme le plus puissant jamais enregistré depuis 1900, avec une magnitude finalement évaluée à 8,9 sur l'échelle ouverte de Richter. Sa puissance a été telle qu'elle a provoqué, en France, un déplacement vertical du sol de deux centimètres lors du passage des ondes sismiques. Mais l'événement s'étant étendu sur plusieurs dizaines de secondes, il est passé inaperçu.

seismtsunaEnregistrement du déplacement vertical du sol en Europe. En France, dans l'Hexagone, le sol s'est élevé et s'est abaissé avec une amplitude de deux centimètres progressivement pendant plusieurs dizaines de secondes.
© DASE - CEA



Simulation de propagation onde marineAnimation simulant la propagation de l’onde marine dans l’Océan Indien, réalisé par Hélène Hébert. On remarquera tout particulièrement la forte réflexion du tsunami sur la côte orientale de l'Inde et du Sri Lanka.
© DASE - CEA
Les mécanismes du tsunami

« Au large de Sumatra, à l'endroit du séisme, la terre a bougé de plusieurs mètres en hauteur, le long d'une faille sismique de plusieurs centaines de kilomètres, précise Hélène Hébert, géophysicienne du DASE. Il n'en fallait pas plus pour mettre en mouvement d'importantes masses d'eau jusqu'à la surface et engendrer une onde aquatique se propageant à 800 km/h, dotée d'une énergie considérable, équivalente à celle dégagée par plusieurs bombes nucléaires. »
En haute mer, ce mouvement reste imperceptible, car il soulève la surface de l'eau de quelques centimètres. Mais, à l'approche des plages, lorsque les fonds se rapprochent de la surface, les vagues se resserrent, l'énergie s'accumule et la mer finit par envahir les terres émergées. Un tsunami ressemble d'ailleurs plus à une gigantesque marée – l'eau s'est élevée jusqu'à 28 mètres de haut près de Banda Aceh, en Indonésie – qu'à une haute vague se brisant avec violence sur les côtes.
Hélène Hébert, spécialiste des tsunamis, le reconnaît elle-même : « Ce tsunami-là nous a surpris. » Quatre-vingts pour cent d'entre eux ont en effet lieu dans le Pacifique. D'ailleurs, c'est dans cette zone que les quatre séismes les plus importants jamais enregistrés, juste avant celui de Sumatra, se sont produits : au Chili, dans la partie est de la Russie (au Kamchatka), et deux fois en Alaska. Un événement de cette gravité n'était pas attendu dans l'Océan Indien, même si tous les géophysiciens savent parfaitement que la probabilité pour qu'il s'y produise n'était pas nulle.

02.L'affrontement de deux plaques

Station sismique en MongolieInstallation réalisae par le DASE dans le cadre de la surveillance des essais nucléaires.
© CEA
Le « moteur » de ce genre de catastrophe est universel. Sous l'écorce terrestre se produisent de lents mouvements de convection : la matière, « relativement chaude et molle », indique Yves Cansi, y subit de grands et lents mouvements, un peu comme de l'eau chauffant dans une casserole – avec une vitesse infiniment moins rapide, bien sûr. Elle entraîne dans ses déplacements de vastes plaques terrestres, les plaques tectoniques, qui, dans des zones dites de subduction, glissent l'une sous l'autre. Ainsi, dans l'Océan indien, la plaque indo-australienne s'enfonce-t-elle sous l'île de Sumatra à une vitesse moyenne de 5 cm par an.
Encore le terme « glisser » est-il trompeur, car l'opération ne se fait pas sans à-coups. « L'écorce terrestre est constituée de matériaux durs, froids, qui se brisent ou se déplacent brutalement », note Yves Cansi. Alors, c'est le séisme. Les déplacements engendrés le long de ces cassures peuvent atteindre une ampleur telle que leurs vibrations se transmettront dans tout l'environnement, « un peu comme le bruit d'une feuille qu'on déchire se propage jusqu'à vos oreilles », explique Yves Cansi.



Détecter un séisme à l'autre bout de la Terre

Les ondes sismiques se classent en deux catégories. Les premières, les ondes de volume, ont la faculté de traverser la Terre. Dans le cas du séisme de Sumatra, elles sont parvenues en Europe en 14 minutes seulement. Mais leur analyse permet de localiser précisément le séisme. Pour connaître sa magnitude, il faut attendre qu'arrive un autre type d'ondes, les ondes de surface, qui se propagent dans l'écorce terrestre. Il a fallu une heure pour qu'elles touchent les capteurs placés dans l'Hexagone par le CEA.
Notre pays abrite 40 de ces sondes placées sur des socles rocheux qui possèdent la particularité d'être efficacement « couplés » aux ondes sismiques, mieux, par exemple, qu'un terrain sédimentaire tel qu'on en rencontre en Essonne. Et puis, il faut impérativement éviter les zones trop « bruitées », situées à moins de 5 Km de voies routières, de chemin de fer ou d'activités industrielles. C'est pourquoi elles ont été disposées dans des sites isolés en région montagneuse comme les Ardennes, les Vosges, les Alpes, le Massif Central ou les Pyrénées, ainsi qu'en Bretagne.
Ce réseau national mis au point par le CEA se double d'un autre, baptisé Renass, piloté par des universités. Tous deux, qui échangent des données lorsque cela est nécessaire, sont également reliés au Centre sismologique euro-méditerranéen (CSEM) qui surveille l'activité sismique dans toute l'Europe. Sa partie opérationnelle est d'ailleurs hébergée CEA/DAM-Ile de France, où se trouve également le DASE.


Montage de photos prises par satelliteMontage réalisé à partir de deux photos, celle du haut prise le 23/06/04, celle du bas le 28/12/04. La zone couvre une largeur de 1 Km environ, sur une hauteur d’approximativement 500 m. Il met en évidence les effets du tsunami sur les bâtiments et le relief côtier.
© DigitalGlobe
Améliorer la surveillance

Si une telle organisation est capable de détecter un séisme comme celui qui a endeuillé les pays de l'Océan indien, ce sera toujours avec retard. « La pointe nord de l'Indonésie a été submergée par les flots quelques dizaines de minutes après le tremblement de terre. Les capteurs disposés en France se trouvent trop loin d'un événement comme celui-là pour pouvoir fournir une alerte efficace », note Hélène Hébert.
En clair, il aurait fallu que l'Océan indien dispose de son propre système de surveillance et d'une chaîne d'alerte efficace pour que des vies soient sauvées. L'ONU a promis d'en mettre un sur pied dans la zone. Probablement s'inspirera-t-il de celui que l'UNESCO et l'organisme américain NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) ont créé à Hawaï, dans le Pacifique, où ils s'efforcent de détecter les tsunamis dès qu'il se produisent. Lorsqu'un séisme se déclenche en plein océan et est repéré par les capteurs sismiques, une batterie d'ordinateurs calcule automatiquement son emplacement et sa magnitude, ce qui permet de savoir s'il est « tsunamigénique », comme disent les spécialistes. L'alerte peut alors être donnée aux régions concernées.

Des sondes immergées capables de calculer la pression de la colonne d'eau, c'est-à-dire la quantité d'eau qui se trouve au-dessus d'elles, permettent de connaître la hauteur de l'océan et de détecter jusqu'à de simples vaguelettes. Si elles enregistrent une élévation du niveau de la surface de quelques centimètres sur quinze ou vingt minutes, c'est qu'un tsunami est en train de traverser l'océan. L'alerte est alors confirmée et les procédures d'évacuation renforcées.

03.Le risque n'est pas nul en France

seismtsuna5Le Réseau Sismique Numérique du CEA/DASE. Le signal de chaque station est retransmis par satellite vers Bruyères-le-Châtel en temps réel et en continu.
© DASE - CEA
« En France, le risque de séisme est faible mais non nul, note Yves Cansi. Aucune faille connue, de la taille de celle qu'on trouve au large de Sumatra ou du Japon, longues de 700 ou 800 Km, ne nous menace. » Historiquement, l'ouest de l'Europe a pourtant connu des séismes de magnitude 7. En 1755, un tremblement de terre a ravagé la ville de Lisbonne et a même provoqué un tsunami, lequel a atteint les côtes françaises.
« Et puis, la Polynésie française est menacée de recevoir à tout moment une de ces marées géantes en provenance d'Amérique du Sud, signale Hélène Hébert. Nous savons déjà que si ce cas se présentait, nous disposerions de 8 à 10 heures pour organiser l'évacuation des populations. » Bref, il est de la responsabilité de la France de se préoccuper de la surveillance de ce genre de risque.



Le CEA en première ligne

Mais pourquoi est-ce au Commissariat à l'Energie Atomique, plus connu pour son expertise en matière d'énergie nucléaire, de la réaliser ? C'est qu'en analysant ainsi les ondes se propageant sur Terre, le CEA se donne également la possibilité de détecter d'éventuelles explosions d'armes nucléaires souterraines. La France surveille ainsi l'application du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires (TICE) qu'elle a signé en 1996, même s'il n'est pas encore entré officiellement en vigueur, faute d'avoir été ratifié par un nombre suffisant de pays.
Les compétences acquises par le CEA dans le domaine de la détection des séismes lui permet d'établir une carte fiable de l'aléa sismique en France. Une donnée très importante prise en compte par les pouvoirs publics pour définir les normes parasismiques.


Une mine de connaissances

« La connaissance que nous avons du mécanisme des séismes et de la naissance des tsunamis est imparfaite, concède Yves Cansi. Mais, à la faveur de celui qui vient de se produire, notre savoir devrait faire un bond important. Jamais, en effet, on n'a eu autant de moyens d'observation braqués sur un séisme de cette importance avant celui qui a touché les pays de l'Océan Indien. Les capteurs sismiques disséminés à la surface du globe n'ont jamais été aussi nombreux, variés et d'aussi bonne qualité. » Et puis, deux satellites spécialement dédiés à l'observation océanographique, et qui sont justement passés au-dessus de la zone au même moment, ont pu braquer leurs objectifs sur l'événement. Il s'agit des deux engins franco-américains Topex/Poséidon et Jason.
Hélène Hébert, elle aussi, attend beaucoup des données récoltées à cette occasion. Son travail consiste en effet à modéliser les tsunamis. En clair, à simuler sur ordinateur la manière dont ils naissent, se propagent et meurent. « J'ai besoin d'observations fines, réalisées in situ, pour vérifier la fiabilité de mes modèles et, si besoin, les modifier afin qu'ils collent à la réalité », explique la géophysicienne. C'est grâce à de tels moyens d'analyse que le risque de tsunami peut être prédit, que leur puissance, leur direction et leurs conséquences peuvent être évaluées. Et que, demain, des vies seront sans doute sauvées.

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