TSUNAMI

TSUNAMI
une vague spéciale
et dangereuse
Tsunami
un phénomène de la
nature qui peut être très
menaçant
...mais l’analyse scientifique
de ses causes et
caractéristiques nous permet
de mitiger ses conséquences
Tsunami
une vague est une onde:
mais c’est quoi une «onde»?
si vous jetez une
pierre, vous perturbez
localement la surface
de l’eau...
...mais la perturbation ne peut pas demeurer
localisée: elle se propage sur toute la surface grâce
à une onde
Tsunami
de la même façon...
quand vous
parlez, vous
perturbez
localement la
densité de
l’atmosphère
une antenne
radio perturbe
localement le
champ électromagnétique
...et cette
perturbation se
propage grâce
aux ondes
acoustiques
...et cette
perturbation se
propage grâce
aux ondes
électromagnétiques
Tsunami
vent
Quelle est la cause des vagues
«normales» à la surface de la
mer ou d’un lac?
la cause des vagues «normales» est le vent
Tsunami
Pour un tsunami, les causes
possibles sont: un tremblement de
terre, une avalanche, l’éruption
d’un volcan, une météorite, ou un
test nucléaire
Exemple: tremblement de terre au fond de la mer
Tsunami
Pour se défendre, il faut bien
comprendre les propriétés
physiques des tsunamis!
Les caractéristiques principales d’une vague marine:
v = vitesse
λ = longueur d’onde
d = amplitude
H = profondeur
Tsunami
Une propriété très importante:
__
vitesse = v = √gH ,
où g = accélération de gravité = 9,8 m/s2
Loin de la côte, la profondeur H a une valeur élevée,
qui correspond à une grande vitesse v
Pour une profondeur H = 5000 m, la vitesse est v =
221 m/s = 797 km/h, plus qu’un avion de ligne.
Pourtant, à cette vitesse un tsunami a besoin de 75
minutes pour se déplacer de 1000 km
Un tsunami peut aller très loin à grande vitesse, mais
son déplacement du site de sa création aux zones
habitées correspond souvent à un temps assez long
Même en proximité de la côte, la vitesse demeure
assez élevée: pour H = 10 m, v = 36 km/h
On n’évite pas un tsunami en courant sur la plage!
Tsunami
Une autre propriété importante:
une très grande longueur d’onde
λ
La longueur d’onde est déterminée par le produit vT,
où T est la durée du phénomène qui crée le tsunami,
par exemple le tremblement de terre. La valeur élevée
de v correspond à des énormes longueurs d’onde
Pour v = 221 m/s et T = 2 minutes (120 s), λ ≈ 27 km!
La longueur d’onde d’un tsunami peut dépasser 100
km, et est beaucoup plus grande que celle des vagues
marines normales (10-200 mètres)
Tsunami
Une conséquence clé de la très
grande longueur d’onde d’un
tsunami:
Une vague marine perd progressivement son énergie
pendant sa propagation. La perte d’énergie pour une
distance donnée est proportionnelle à 1/λ. Une grande
valeur de λ correspond donc à une petite perte
d’énergie, ce qui permet à un tsunami de se déplacer
sur des très grandes distances à partir du site de sa
création
Tsunami
Quel est le temps t pour un
déplacement égal à une longueur
λ
d’onde?
Pour v = 100 m/s et λ = 100 km, le temps est t = λ/v =
100000/100 = 1000 s, presque 17 minutes, beaucoup
plus long que pour une vague marine normale
(quelques secondes)
Donc, les phases successives d’un tsunami (par
exemple sa vague initiale et la vague suivante) sont
normalement séparées par plusieurs minutes ou
dizaines de minutes, parfois par plus qu’une heure Tsunami
Arrivée d’un tsunami sur la côte:
d = amplitude
H = profondeur
Le mouvement d’une vague marine implique une
propagation d’énergie. Le___
flux d’énergie est
proportionnel à vd2 et donc à √gH d2
Si l’énergie se conserve, son flux demeure constant.
En proximité de la côte, H diminue, donc d augmente
Une vague tsunami dont l’amplitude est modérée loin
de la côte devienne, en proximité de celle-ci, une très
grande vague
Tsunami
H et v diminuent,
et l’amplitude d
augmente
Exemple: un tsunami d’amplitude d = 10 m en
proximité
de la côte, disons à H = 1 m, correspond à
___
√gH d2 = 313 m3/s. Afin d’obtenir la même valeur loin
de côte, pour H = 5000 m, d doit être 1,2 m
Un tsunami arrive avec une grande amplitude sur la
côte, mais loin de celle-ci il était semblable à une
vague normale!
Tsunami
Attention: l’hypothèse d’un flux
constant d’énergie n’est pas réaliste!
En réalité, nous avons vu que l’énergie du tsunami
diminue avec la distance. Les causes sont le
frottement avec le fond de la mer et les obstacles,
ainsi que du frottement interne (turbulence). La
diminution est très rapide après l’arrivée sur la côte
Donc, un tsunami
ne pénètre pas
beaucoup au-delà
de la côte, ses
effets se limitant
normalement à des
dizaines ou
centaines de mètres
Tsunami
Conclusions pratiques:
Un tsunami se déplace loin à grande vitesse, mais le
temps pour arriver du site de sa création aux zones
habitées est souvent assez long pour donner l’alarme
à l’avance et pour prendre des mesures efficaces
A noter: les ondes «sismiques» d’un tremblement de
terre voyagent à un vitesse (8000 m/s) beaucoup plus
élevée que celle d’un tsunami. On «sent» le
tremblement de terre bien avant l’arrivée du tsunami,
ce qui permet de prendre des mesures de protection
tsunami
onde sismique
Tsunami
Conclusions pratiques - suite:
Le temps entre les phases successives d’un tsunami
(par exemple entre sa première vague et la vague
suivante) est long (dizaines de minutes). On risque de
conclure trop tôt que le tsunami est terminé
A noter: la première
vague peut être négative,
l’eau s’éloignant de la
plage, ce qui risque
d’attirer des curieux, qui
sont ensuite frappés par
la deuxième vague
En raison de sa vitesse, un tsunami peut être
difficilement évité en courant plus rapidement. Il faut
plutôt évacuer les personnes à l’avance
Tsunami
Conclusions pratiques -- suite 2:
Loin de la côte, un tsunami est une vague d’amplitude
modérée, difficile à détecter. On utilise des systèmes
d’observations sophistiqués dans une grande région
Le même fait suggère une mesure pour protéger les
bateaux: naviguer pour s’éloigner de la côte
La pénétration d’un tsunami vers l’intérieur, au-delà de
la côte, est limitée. Après l’alarme tsunami, il faut
déplacer rapidement les personnes menacées vers
l’intérieur, si possible dans des sites élevés. Et il ne
faut pas construire des structures vulnérables (comme
les réacteurs nucléaires) en proximité du littoral
A long terme, on peut envisager des systèmes pour
absorber l’énergie d’un tsunami avant l’arrivée sur la
côte, utilisant des constructions ou même des plantes
Tsunami
Le système «DART»
(Deep-ocean Assessment and Reporting of
Tsunamis = évaluation et alerte tsunami dans les
régions océaniques de grande profondeur)
Tsunami
Résumé: l’évolution d’un
tsunami
arrivée sur la côte: la
vitesse diminue,
l’amplitude augmente
le tsunami commence
à se déplacer avec
grande vitesse et
faible amplitude
origine
côte
le tsunami pénètre sur
quelques dizaines ou
centaines de mètres
un tremblement de
terre crée le tsunami
Tsunami