Le tsunami dû à l'éruption dans les Tonga détecté par les altimètres

La violente éruption volcanique qui a eu lieu le 15 janvier 2022 dans l'archipel des Tonga, près de l'île capitale s'est accompagné d’un tsunami important qui s’est propagé à environ 800 km/h dans tout l’océan Pacifique.

L’éruption elle-même a été médiatisée au travers des animations issues des satellites géostationnaires qui ont saisi la propagation très rapide de l’onde de choc dans l’atmosphère, ou d’images du panache de cendres créé par le volcan. Les données optiques et l’activation de la Charte des catastrophes naturelles ont aussi permis de mesurer impact de l’évènement sur les surfaces habitées à proximité de l’épicentre, et d'organiser les secours. 

Un volet spatial moins connu de l’évènement concerne le tsunami engendré par l’éruption explosive, et l’importance de son observation par altimétrie. Le tsunami créé par l’éruption des îles Tonga a en effet été « flashé » en de multiples endroits du Pacifique par la constellation de neuf altimètres actuellement en vol, et notamment par les programmes opérationnels chinois (HY-2) et européens (Sentinel-3 et 6) dans lesquels le CNES est impliqué. Si la mesure est beaucoup moins spectaculaire que des animations satellite, elle n’en reste pas moins essentielle pour calibrer les modèles de propagation.

La mission chinoise HY-2B a croisé le double front d’onde du tsunami à deux reprises, environ 1h30 après son départ de l’épicentre volcanique. Le satellite avançant à plusieurs kilomètres par secondes, il prend un « instantané » de la hauteur de mer au moment de son passage. Le profil illustre ainsi une élévation brutale (plus de 30 cm) de la hauteur de mer quand le satellite passe rapidement au-dessus de l’onde du tsunami qui se propage dans à « seulement » 800 km/h à travers tout le Pacifique.

Or si l’observation de satellite HY-2B confirme la position prédite par le modèle du CEA pour le front d’onde du tsunami au nord, on observe un décalage très net sur le second au sud : la prédiction du modèle est probablement incorrecte dans cette direction. En plus de la mesure de position et d’amplitude de la vague initiale, l’altimètre capture aussi des rebonds assez complexes dans le sillage du tsunami.

Cette observation est importante dans le contexte des systèmes d’alerte développés pour protéger les personnes et les biens dans cette situation. Les zones à proximité de l’épicentre sont immédiatement affectées, mais une alerte rapide et fiable des zones éloignées accorde quelques heures de préparation et de sécurisation avant l’arrivée du tsunami. Le système d’alerte est composé de nombreux capteurs répartis autour du Pacifique qui détectent au plus tôt l’évènement sismique, y compris en pleine mer, et de modèles de propagation de tsunamis comme celui du CEA. Ces modèles sont essentiels pour prédire la trajectoire, la vitesse et l’amplitude de l’onde principale du tsunami.

En effet, contrairement à l’onde dans l’atmosphère, le tsunami ne se propage pas de façon uniforme dans toutes les directions. En plein océan, l’amplitude est généralement de quelques dizaines de centimètres et s’atténue à mesure que l’énergie est dispersée. Mais à l’arrivée sur la côte, les faibles bathymétries causent une amplification de la vague et un déferlement parfois ravageur, et ce malgré les milliers de kilomètres séparant la côte de l’évènement initial. Les modèles de prédiction sont utilisés pour identifier les régions exposées et évaluer l’importance du risque.

Dans ce contexte, la mesure altimétrique permet de caractériser la dispersion de l’onde en plein océan et d’améliorer la physique des modèles pendant la propagation en plein océan. Les altimètres complètent les données in situ localisées (comme les marégraphes) en apportant des profils de l’onde principale ou de ses réflexions.

L’observation des tsunamis par altimétrie et le lien avec les modèles de prédiction est apparue après la terrible catastrophe de 2004 où la vague avait causé la mort de près de 250.000 personnes ainsi que des dégâts matériels considérables. L’exercice est ainsi répété à chaque évènement majeur comme en 2011 avec le tsunami au large du Japon, qui a touché en particulier la ville de Fukushima.

Le tsunami de 2022 est particulier de par son origine éruptive (la cause n’est pas un tremblement de terre ni un glissement de terrain) et parce que la constellation altimétrique actuelle a multiplié les observations du front d’onde. Alors que seuls 4 satellites pouvaient potentiellement observer en 2004, fournissant 2 ou 3 observations, ce sont plus de 20 profils qui ont été collectés sur l’évènement de 2022. Leur dépouillement par les experts permettra de comprendre pourquoi le modèle prédit correctement la position d’un des deux fronts d’onde observés par HY-2B, au nord, alors que le second, au sud, est décalé, ainsi que les nombreux rebonds et vagues intermédiaires observés., ainsi que les nombreux rebonds et vagues intermédiaires observés.