tsunami

BERNIER Maxime
GORI Pierre
BUSSIÈRE Wladimir
LAU-HANSEN Jonathan
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TPE
Les risques naturels :
Qu'est-ce qu'un tsunami ?
Définition:
Tsunami est un mot d'origine japonaise qui signifie littéralement " vague
dans le port ". Ce sont des ondes océaniques superficielles, engendrées par
un choc tellurique comme un séisme, une éruption sous-marine ou un
glissement de terrain.
Cette définition est peut-être un peu complexe mais cela décrit
parfaitement le sujet : un phénomène complexe qui fait intervenir beaucoup
de paramètres et qui peut être difficile à s'imaginer…(essayez d'imaginer que
lors de l'arrivée d'un tsunami près des côtes, les vagues peuvent dépasser
plus de 30 mètres : un immeuble de plus de 10 étages qui avance à une
vitesse de l'ordre de 40 km/h et qui dévaste tout sur son passage…)
Dans ce compte rendu de nos recherches, nous essayerons d'expliquer
le plus simplement possible le phénomène des tsunamis en s'attardant sur la
formation, la propagation, leur arrivée près des côtes et les dégâts causés
par la vague.
Le déclenchement :
Comment se forment les tsunamis?
> Le déclenchement
Les tsunamis sont engendrés par un choc tellurique de différentes
origines comme la déformation du fond de l'océan, une éruption sous marine
ou un glissement de terrain. Dans tous les cas les vagues naissent d'un
déplacement brutal de l'eau.
La déformation du fond de l'océan comme la rupture d'une faille par
exemple déplace l'eau située au-dessus. De plus, ce schéma simplifié montre
bien que la force générée lors du déclenchement d'un tsunami est
gigantesque...
Les tsunamis prennent naissance dans les grandes failles de l'écorce
terrestre lors d'un effondrement ou soulèvement brutal d'une portion du
plancher océanique.
Si ce dernier s'effondre, les eaux se précipitent, aspirées par la
dépression. Lorsqu 'elles se rejoignent, le niveau de la mer monte, puis tend
à se rétablir et les vagues roulent alors dans toutes les directions sous la
pesanteur.
Si le fond se soulève l'eau projetée au dessus de son niveau normal
s'écoule en un mouvement centrifuge.
Les failles facilitent le mouvement des plaques terrestre. L'énergie
emmagasinée par les contraintes de ces différentes couches se libère au
cours d'une rupture sismique.
Les tsunamis provoquant la plus forte énergie sont générés par une
déformation du fond sous marin. Les vagues ainsi créées ont une énergie
suffisante pour traverser des océans (à des vitesses tournant la plupart du
temps aux alentours de 800km/h).
Ceux générés par des glissements de terrain ou par l'impact de blocs
rocheux, comme certaines météorites, dans l'eau sont dangereux localement
pour des volumes de quelques millions de mètres cubes.
Les tsunamis crées par des éruption volcaniques sous-marines sont
beaucoup plus rares.
Le plus souvent les tsunamis se produisent le long de la ceinture de feu
du Pacifique. La collision de plaques tectoniques crée une forte sismicité.
Schéma de la ceinture de feu du Pacifique
La Propagation
Dans cette partie, nous allons insister sur la propagation des tsunamis
d'origine tectonique. On distingue deux phases :
La propagation d'un tsunami au large
L'arrivée de celui-ci près des côtes
L'arrivée d'un tsunami sur la côte
Pour décrire et essayer d'expliquer le phénomène des tsunamis, nous
devons insister sur les ondes. En effet, les tsunamis sont des ondes
hydrauliques se propageant à la surface de l'eau.
Image de synthèse représentant un tsunami sur les côtes du Japon. Université de Washington
Les Ondes :
Définition d'une onde :
En général, une onde correspond à une déformation par période d'une
interface. Dans le cas de l'océan, les ondes de surface se matérialisent par
une déformation de la surface de la mer, c'est-à-dire de l'interface entre
l'atmosphère et l'océan.
On peut caractériser une onde avec :
Sa période : T
Sa longueur d'onde : λ
Sa vitesse de propagation : C
Son amplitude : A
Schéma simplifié d'une onde dans le cas de l'océan
Ondes courtes et ondes longues :
Ondes courtes :
Lorsque l'on se situe en eau profonde, c'est-à-dire quand la longueur
d'onde de l'onde est faible par rapport à la profondeur H de l'océan (au
moins deux fois plus faible), les particules d'eau se déplacent sur un cercle.
On est alors dans le cas des ondes courtes : (voir schéma)
Schéma représentant les ondes courtes
Ondes longues :
Lorsque l'on se situe en eau peu " profonde ", généralement quand la
longueur d'onde de l'onde est très grande par rapport à la profondeur H de
l'océan (au moins vingt fois plus grande), les particules d'eau se déplacent
sur une ellipse.
On est alors dans le cas des ondes longues :
Schéma représentant les ondes longues
Tsunamis : ondes courtes ou ondes longues ?
Lors de la formation d'un tsunami au large, la profondeur de l'océan est
de l'ordre de 4000 mètres. Or nous savons aussi que la longueur d'onde d'un
tsunami est en général supérieur à 100 kilomètres. C'est pourquoi, un
tsunami au large peut passer sous les bateaux sans être ressenti car la
distance séparant deux crêtes successives étant de l'ordre de 100 km et la
hauteur des vagues étant de l'ordre de quelques centimètres. De plus, la
longueur d'onde d'un tsunami est bien au moins vingt fois supérieure à la
profondeur de l'océan. Nous pouvons donc dire que les tsunamis sont des
ondes longues.
— Au large les hauteurs des vagues sont négligeables devant la
profondeur de l'océan. Un tsunami peut passer totalement inaperçu sous
un bateau en pleine mer : la hauteur des vagues n'étant que de quelques
centimètres, elle n'influe pas sur la vitesse de propagation définie par :
c : vitesse de propagation
g : accélération de la pesanteur
d : profondeur
Cette formule caractérisant la vitesse de propagation des ondes
s'applique pour les ondes longues (=tsunamis).
Pour exemple, quelques valeurs pour les tsunamis au large :
Lambda (longueur d'onde) : 200 km
T (période) : 1 heure
H ( hauteur des vagues) : quelques dizaines de centimètres
d ( profondeur) : 4000 m
c ( vitesse de propagation): de l'ordre de 800 km.h-1
— A l'arrivée près des côtes, un tsunami devient dangereux : la hauteur
des vagues augmente de façon considérable !!
Pourquoi la hauteur des vagues augmente-t-elle de cette façon ?
En se rapprochant des côtes, la longueur d'onde λ diminue car la
profondeur diminue.
En ce qui concerne la période des vagues, elle reste constante : il y
conservation de l'énergie.
La perte d'énergie est inversement proportionnelle à la longueur d'onde
lambda comme celle-ci est très grande de l'ordre de 200 km alors la perte
d'énergie est très faible. On peut même dire que la quantité globale
d'énergie reste constante.
Nous savons aussi que la vitesse de propagation du tsunami est définie
par:
De plus, g a toujours la même valeur donc la vitesse de propagation du
tsunami dépend de la profondeur. A l'approche des côtes, la profondeur d
diminue et par conséquent la vitesse de propagation c du tsunami diminue
également. En résumé : la quantité d'énergie globale = f (c ; A)
A : amplitude des vagues
La quantité globale d'énergie dépend de la vitesse du tsunami et de
l'amplitude A des vagues. Or nous avons que la vitesse c diminue, pour
conserver l'énergie globale, l'amplitude des vagues doit augmenter : c'est la
proportionnalité inverse. Quand le tsunami arrive près des côtes où la
profondeur peut être de 10 m, la vitesse de propagation diminue fortement
elle est alors de l'ordre de 40 km.h-¹. Ce fort ralentissement conduit à une
augmentation de la hauteur des vagues, accroissement qui peut atteindre
plusieurs mètres.
Schéma représentant la propagation d'un tsunami
Ainsi, un tsunami sera quasiment imperceptible au large, mais son
amplitude peu atteindre rapidement 10, 20, et même 30 mètres en arrivant
près de la côte. Plusieurs vagues peuvent inonder à la suite, après des
périodes d'une heure par exemple, les côtes car lors du déclenchement d'un
tsunami plusieurs vagues générées se suivent ou partent dans différentes
directions. Cette vague ou ces vagues très hautes sont donc capables de
créer des dégâts considérables lorsqu'elles atteignent, quasiment par
surprise, les côtes souvent très peuplées du Pacifique. Dans nos expériences
traitées plus loin nous avons essayé de simuler cette arrivée sur la côte d'un
tsunami à l'aide de la vidéo.
Les Effets
Dans les premières parties de notre dossier, nous avons traité l'aspect
scientifique du phénomène des tsunamis. Mais on ne doit pas oublier que
lors de l'arrivée près des côtes d'un tsunami, les effets peuvent être
catastrophiques. Il faut également prendre en compte le facteur humain.
Inoffensif au large, le tsunami devient donc dangereux à l'approche des
côtes, pour les vies humaines et pour les installations. Nous traiterons
d'abord les différents tsunamis dans l'histoire puis les moyens mis en place
pour la surveillance et la prévention. Il est en effet impossible de lutter, de
stopper un tsunami mais tout doit être entrepris pour limiter les dégâts. De
plus, depuis ces quatre-vingts dernières années, les zones côtières ont
connu un très fort taux de développement dans les pays et îles du Pacifique
notamment dû à l'accroissement de la population. Les systèmes de
surveillance et les programmes de sensibilisation des populations sur le sujet
des tsunamis deviennent donc de plus en plus indispensables dans les zones
à risque.
Les Tsunamis dans l'histoire
Les tsunamis ont toujours été présents à la surface de la terre car la
terre a toujours eu une activité sismique. Avant l'apparition de la
technologie, des instruments de mesures, beaucoup de catastrophes
naturelles sont restées inexpliquées. " Des vagues géantes qui ont tout
emporté ", les scientifiques ont su longtemps après, que certaines de ces
catastrophes pouvaient être classées sous le terme de tsunamis. Beaucoup
de tsunamis sont ainsi passés inaperçus car on ne possédait pas encore les
systèmes adéquats pour ce genre de mesure à de si grandes échelles.
Pour exemple, le dernier tsunami important répertorié en Europe s'est
produit en février 1755, initié au large du Portugal, il généra sur Lisbonne
trois vagues dépassant une dizaine de mètres de hauteur. Au total, 20 000
personnes périrent des effets directs du séisme, du tsunami associé et des
incendies qui se déclarèrent dans la ville. Cette catastrophe eut un lourd
écho dans tout l'Europe (Voltaire y fait même allusion dans Candide) et on
appris bien après à expliquer cette catastrophe naturelle. Les tsunamis sont
nettement moins fréquents dans l'océan Atlantique. En France, le risque de
tsunami d'origine tectonique est quasi nul. Toutefois, notre pays n'est pas à
l'abri de tsunamis déclenchés par des glissements de terrains, tel celui
d'octobre 1979 dans la Baie des Anges en méditerranée. Au large de Nice,
en face de l'aéroport : la digue en construction s'est effondrée sous la mer.
A dix kilomètres du chantier, la ville d'Antibes a été inondée par une vague
de deux mètres de haut.
Les côtes du Pacifique subissent en moyenne un tsunami par an. Les
tsunamis les plus destructeurs des 100 dernières années dans la région se
sont produits notamment en avril 1946 et en mai 1960.
Le tsunami du 1er avril 1946 (Îles Aléoutiennes orientales):
Le 1er avril 1946 un séisme de magnitude 7,8 provoqua un tsunami
qui détruisit un phare en Alaska, tuant les cinq gardes côtes qui l'occupaient.
Le même tsunami arriva cinq heures plus tard à Hilo, à Hawaii, où il surprit
la population. La hauteur maximale des vagues fut de 35 mètres, le
tsunamis tua 165 personnes et fit de nombreux dégâts…
Cette photo a été prise lors du tsunami de 1946 à Hilo à Hawaii.
On peut remarquer l'homme sur la jetée à gauche : il n'a pas survécu
au tsunami.
Une rue du centre-ville dévastée.
La dévastation du centre-ville de Hilo après le 1er avril 1946.
Depuis 1990, dix tsunamis ont tué plus de 4000 personnes, chiffre élevé
dû à l'accroissement des populations côtières :
Carte des tsunamis des dix dernières années
La surveillance et la prévention
La prévention et la surveillance sont devenues de véritables
préoccupations pour les pays dont les populations risquent d'être touchées
lors de l'arrivée sur la côte d'un tsunami.
Il existe un système d'alerte aux tsunamis dans le Pacifique depuis
1948, c'est à la suite de la catastrophe du 1er avril 1946 (décrite plus haut)
à Hawaii que les États-Unis ont voulu protéger les îles hawaïennes. Mais ce
n'est qu'à partir de 1965 après les terribles tsunamis d'origine sismique
survenus au Chili en 1960 et en Alaska en 1964, que de nombreux pays ont
décidé de s'unir pour mettre en place un système international dans l'Océan
Pacifique là où 80% des tsunamis se produisent.
Le système Pacifique d'alerte de tsunamis, basé à Hawaii, regroupe les
systèmes américain, russe, japonais, chilien…Au total, 28 pays sont
membres du système Pacifique. Ses objectifs sont de détecter, de localiser
les tremblements de terre dans le Pacifique pour déterminer leurs
conséquences (tsunamis) et fournir des renseignements aux pays et aux
populations concernés afin de les prévenir et essayer de pouvoir les
protéger.
D'ailleurs ce système d'alerte gère également un centre international
d'information sur les tsunamis qui fournit toute une série de renseignements
et de conseils techniques. Pour exemple, lors de l'arrivée des premières
secousses sismiques se réfugier sur
des hauteurs permet de sauver de nombreuses vies humaines.
On peut aussi ajouter que des pays comme le Japon qui est
particulièrement exposé aux risques a mis en place des moyens importants
pour la prévention des risques ( information ,construction de digues…). En
effet, seulement 15 pour cent des 150 tsunamis qui ont frappé le Japon ont
fait des dégâts matériels ou des victimes.
Le fonctionnement du système consiste en des stations d'alerte
sismique, des détecteurs sous-marins et des points de diffusion
d'information dans tout le bassin Pacifique. Les données des stations
sismiques peuvent permettent de localiser instantanément un séisme et de
déterminer si celui-ci peut entraîner un tsunami.
De plus, en pleine mer, des bouées " spéciales " sont placées
stratégiquement. Ce sont des stations sous-marines de détections des
tsunamis en pleine mer: le système DART.
Dimanche 26 décembre : du jamais vu !
Dimanche 26 décembre, la rupture d'une plaque sous l'océan indien, au
nord de l'île indonésienne de Sumatra, provoque un séisme de magnitude 9
sur l'échelle de Richter (un des séismes les plus puissants de ce siècle) et
donne un 'coup de pied' dans l'océan indien, déplaçant un volume d'eau
incroyable dans toutes les directions. Quelques minutes/heures après ce
déclenchement, des Tsunamis se firent voir sur toutes les côtes alentours
(Inde, Sri Lanka, et même Afrique !).
En effet, le volume d'eau déplacé lors du séisme a parcouru des milliers
de kilomètres sous la surface de l'eau, à un vitesse avoisinant les 800km.h-¹.
Mais comme expliqué précédemment, là ou la profondeur de l'océan est
grande, la vague ne se voit pas, par contre, arrivée sur les côtes, celle-ci s'est
élevée de hauteurs allant jusqu'à 10m, causant de multiples ravages et
faisant un nombre incroyable de victimes (150 000 à ce jour).
Prenons l'exemple du Sri Lanka (qui compte plus de 30 000 morts). Des
survivants qui étaient sur la plage côté Est de l'île ont vu l'eau se retirer de la
plage de plus de 340 mètres (voir photos) !! La vague, d'une hauteur de 5 à 7
mètre, et d'une largeur de 150 à 350 mètres, s'est abattue sur ce côté de
l'île, faisant monter le niveau d'eau dans les rue de plus de 5 mètres !! Si ce
séisme a été aussi dévastateur, c'est parce que l'océan Indien n'est pas
équipé d'un système d'alerte aux séismes et tsunamis (contrairement à
l'océan Pacifique, comme expliqué précédemment).
Retrait de l'eau de 343m sur une plage du Sri Lanka
L'eau sortant des terres provoque des tourbillons
Presque île près de Naceh avant le passage du tsunami
Même île après le passage du tsunami.