Samedi-sciences (36): prévoir les tsunamis

On l’aurait presque oublié, l’événement initiateur de la catastrophe de Fukushima était le séisme exceptionnel de la côte pacifique du Tohoku, de magnitude 9, qui a frappé le nord-est du Japon le 11 mars 2011 et a provoqué un tsunami dévastateur.

La grande vague de Kanagawa © Copie d'après Hokusai La grande vague de Kanagawa © Copie d'après Hokusai

On l’aurait presque oublié, l’événement initiateur de la catastrophe de Fukushima était le séisme exceptionnel de la côte pacifique du Tohoku, de magnitude 9, qui a frappé le nord-est du Japon le 11 mars 2011 et a provoqué un tsunami dévastateur. Un bilan mis à jour récemment par la police japonaise chiffre le nombre de victimes du séisme et du tsunami à près de 16.000 tués et plus de 3000 disparus. La très grande majorité de ces victimes ont été causées par les vagues du tsunami, qui ont atteint des hauteurs allant jusqu’à une quarantaine de mètres en certains endroits. D’où l’importance des prévisions relatives au tsunami, domaine qui fait depuis un an l’objet d’un effort particulier au Japon et aux Etats-Unis.

Le risque de tsunami est bien connu au Japon : l’archipel nippon se trouve à la jonction de plusieurs plaques tectoniques (eurasienne, nord-américaine, pacifique, philippine, ) et au-dessus de zones de subduction (dans lesquelles une plaque s’enfonce sous une autre). Cette configuration est éminemment propice aux séismes. Celui du 11 mars 2011 s’est produit à 130 kilomètres à l’est de la ville de Sendai, sur la côte de Tohoku, dans la zone où la plaque Pacifique s’enfonce sous le Japon (les géologues ne sont pas entièrement d’accord sur la question de savoir quelle est la deuxième plaque impliquée). 

Immédiatement après la secousse sismique, l’Agence météorologique japonaise a lancé une alerte au tsunami. L’Agence annonçait un tsunami majeur, prévoyant une hauteur minimum de 3 mètres, et un maximum de 6 mètres, dans la préfecture de Miyagi. La cité de Kesennuma, qui se trouve dans cette préfecture, a reçu cette alerte, mais une demi-heure plus tard c’est une vague de 9 mètres qui a balayé la ville, causant plus de 1000 morts et des centaines de disparus.

Selon un article de la revue britannique Nature (vol. 483, p.144, 8 mars 2012), le nombre de victimes aurait été moindre si l’Agence météorologique japonaise avait été en mesure de fournir des prévisions plus précises. Un certain nombre de personnes se sont crues à l’abri, alors qu’elles n’avaient pas choisi un refuge suffisamment élevé parce que les projections sous-estimaient la hauteur de la vague. Selon Ken-Ichi Sato, responsable de l’alerte tsunami à Kesennuma, le bilan aurait été moins lourd si la véritable ampleur du phénomène avait été connue plus tôt : «On aurait pu augmenter le niveau des alertes, et s’assurer que les gens se rendaient dans un lieu suffisamment élevé », a-t-il déclaré à Nature.

Carte des temps de parcour du tsunami du 11 mars 2011 © NOAA Carte des temps de parcour du tsunami du 11 mars 2011 © NOAA

Aujourd’hui, au Japon comme aux Etats-Unis, les scientifiques et les spécialistes des urgences se mobilisent pour améliorer les systèmes de détection et d’alerte relatifs aux tsunamis. En fait, l’attention était déjà focalisée sur ce sujet depuis le raz-de-marée particulièrement meurtrier déclenché par un séisme au large de Sumatra le 26 décembre 2004, qui a fait 230.000 victimes. Ces dernières années, d’importants progrès ont été réalisés dans le suivi des tsunamis qui traversent les bassins océaniques et frappent des côtes situées à des milliers de kilomètres de l’épicentre du séisme initiateur.

Mais la catastrophe japonaise a mis en avant une autre configuration : celle où le tsunami frappe dans une zone proche de la secousse initiale. La principale difficulté est alors qu’on ne dispose que d’un délai très bref pour réagir, parfois limité à quelques minutes. Or, près de 95% des morts causées par les tsunamis sont victimes d’une vague locale ou régionale, selon Laura Kong, directrice du Centre international d’information sur les tsunamis à Honolulu, Hawaii, interrogée par Nature.

Le Japon a décidé de relever le défi de la prévision locale des tsunamis. Il s’apprête à installer un «réseau de sécurité» constitué de 154 stations sous-marines implantées sur le fond de l’océan, le long de la zone de contact entre les plaques tectoniques pacifique et philippine.

Chacune des stations sera équipée d’un sismomètre et d’une jauge de pression d’eau capable de détecter le passage d’un tsunami. Les stations seront connectées par des fibres optiques de manière à former six grandes boucles reliant à chaque fois deux points de la côte est du Japon. Le fonctionnement de ce système sera supervisé par l’Institut national de recherche sur les sciences de la terre et la prévention des désastres, installé à Tsukuba (NIED, ou National research institute for Earth Science and disaster prevention). Selon l’Institut, la conception du réseau permet qu’il reste fonctionnel même si le tsunami détruit un câble ou endommage une station terrestre, comme l’a fait le raz-de-marée de 2011 qui a détruit des stations sur la côte de Tohoku.

Le «réseau de sécurité» japonais devrait être mis en service en mars 2015. Du côté américain, on cherche à développer et améliorer un réseau de bouées appelé DART (Deep-Ocean Assessment and Reporting of Tsunamis). Ce réseau comporte quarante bouées installées autour du Pacifique et de l’Atlantique (plus quatorze bouées appartenant à d’autres pays que les États-Unis, localisées dans le Pacifique et l’océan Indien). Les données de ces bouées sont partagées mondialement.

Développé à partir du milieu des années 1980 par des scientifiques de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), l’organisme public de météorologie américain, le système DART a évolué par rapport à sa conception initiale. Au départ, les ingénieurs de la NOAA l’avaient pensé comme un système de «sentinelles» destinées à surveiller la totalité des océans. Ce système surveillait les tsunamis issus de séismes éloignés, le type de tsunami qui frappe d’ordinaire Hawaii. Ce choix tenait à ce que le système DART avait été mis en place après une fausse alerte qui avait entraîné une coûteuse évacuation à Hawaii, pour un tsunami qui n’avait finalement pas dépassé 15 centimètres de hauteur…

Mais comme on l’a vu, la catastrophe japonaise de 2011 correspond à la configuration où le séisme initiateur est proche des zones frappées par le tsunami. La NOAA a donc été amenée à réviser le fonctionnement de DART. Les scientifiques du Japon et des Etats-Unis se sont concertés, afin de mettre au point des procédés de filtrage permettant de placer les capteurs beaucoup plus près des failles sismiques. Actuellement, il est possible de disposer d’un capteur situé à une distance que le front de la vague peut atteindre à peine cinq minute après la secousse initiatrice. Cinq à dix minutes plus tard, quand la moitié de la vague est passée, la bouée DART peut indiquer sa hauteur.

L’objectif des Etats-Unis est de replacer les bouées DART plus près de sources de séismes. Les centres d’alertes pourraient ensuite combiner les données des bouées avec des modèles des côtes, de manière à fournir une prédiction rapide de l’intensité du raz-de-marée. On pourrait ainsi fournir en une demi-heure une prévision assez précise pour permettre de savoir quelles zones risquent d’être inondées. 

Ce n’est pas encore assez rapide : un tsunami peut frapper le Japon ou les îles Aléoutiennes à peine un quart d’heure après la première secousse, voire moins. Les scientifiques s’efforcent de mettre au point des techniques d’estimation progressive, consistant à fournir très vite une première prévision et à l’améliorer à mesure que parviennent de nouvelles informations. Mais en dépit des progrès de la prévision, elle ne suffira pas à couvrir toutes les situations : dans un certain nombre de cas, l’enchaînement séisme tsunami est trop rapide pour qu’aucune méthode ne permette de prévoir l’ampleur du phénomène en temps utile. En dernier ressort, la science des tsunamis ne peut pas remplacer entièrement la connaissance intuitive du risque sismique propre aux habitants, ni leur sens de l’initiative. L’homme a encore son mot à dire, ce qui n’est pas forcément une mauvaise chose. 

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