Une nouvelle étude de la NASA remet en question une théorie de longue date selon laquelle les tsunamis se forment et acquièrent leur énergie principalement à partir du mouvement vertical du fond marin.

Un fait incontesté était que la plupart des tsunamis résultent d'un déplacement massif du fond marin - généralement de la subduction, ou glissant, d'une plaque tectonique sous une autre lors d'un tremblement de terre. Des expériences menées dans des réservoirs à vagues dans les années 1970 ont démontré que le soulèvement vertical du fond du réservoir pouvait générer des vagues de type tsunami. Dans la décennie suivante, Des scientifiques japonais ont simulé des déplacements horizontaux du fond marin dans un réservoir à vagues et ont observé que l'énergie résultante était négligeable. Cela a conduit à l'opinion largement répandue selon laquelle le mouvement vertical du fond marin est le principal facteur de génération de tsunami.

En 2007, Tony Chanson, un océanographe au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, jeter le doute sur cette théorie après avoir analysé le puissant tremblement de terre de Sumatra en 2004 dans l'océan Indien. Les données sismographiques et GPS ont montré que le soulèvement vertical du fond marin ne produisait pas assez d'énergie pour créer un tsunami aussi puissant. Mais les formulations de Song et de ses collègues ont montré qu'une fois que l'énergie du mouvement horizontal du fond marin était prise en compte, toute l'énergie du tsunami a été prise en compte. Ces résultats correspondent aux données de tsunami recueillies à partir d'un trio de satellites - la NASA/Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) Jason, le Geosat Follow-on de la marine américaine et le satellite environnemental de l'Agence spatiale européenne.

D'autres recherches de Song sur le tremblement de terre de Sumatra en 2004, en utilisant les données satellitaires de la mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) de la NASA/Centre aérospatial allemand, a également soutenu son affirmation selon laquelle la quantité d'énergie créée par le soulèvement vertical du fond marin était à elle seule insuffisante pour un tsunami de cette taille.

"J'avais toutes ces preuves qui contredisaient la théorie conventionnelle, mais j'avais besoin de plus de preuves, " dit la chanson.

Sa recherche de preuves supplémentaires reposait sur la physique, à savoir, le fait que le mouvement horizontal du fond marin crée de l'énergie cinétique, proportionnelle à la profondeur de l'océan et à la vitesse de déplacement du fond marin. Après avoir évalué de manière critique les expériences de réservoir à vagues des années 1980, Song a découvert que les réservoirs utilisés ne représentaient avec précision aucune de ces deux variables. Ils étaient trop peu profonds pour reproduire le rapport réel entre la profondeur de l'océan et le mouvement du fond marin qui existe dans un tsunami, et la paroi du réservoir qui simulait le mouvement horizontal du fond marin s'est déplacée trop lentement pour reproduire la vitesse réelle à laquelle une plaque tectonique se déplace lors d'un tremblement de terre.

"J'ai commencé à considérer que ces deux fausses représentations étaient responsables de la conclusion longtemps acceptée mais trompeuse selon laquelle le mouvement horizontal ne produit qu'une petite quantité d'énergie cinétique, " dit la chanson.

Construire un meilleur réservoir à vagues

Pour mettre sa théorie à l'épreuve, Song et des chercheurs de l'Oregon State University à Corvallis ont simulé les tremblements de terre de Sumatra en 2004 et de Tohoku en 2011 au Wave Research Laboratory de l'université en utilisant à la fois des observations mesurées directement et des observations satellitaires comme référence. Comme les expériences des années 1980, ils ont imité le déplacement horizontal des terres dans deux réservoirs différents en déplaçant une paroi verticale dans le réservoir contre l'eau, mais ils ont utilisé un générateur de vagues à piston capable de générer des vitesses plus rapides. Ils ont également mieux expliqué le rapport entre la profondeur de l'eau et la quantité de déplacement horizontal dans les tsunamis réels.

Les nouvelles expériences ont montré que le déplacement horizontal du fond marin a contribué à plus de la moitié de l'énergie qui a généré les tsunamis de 2004 et 2011.

« De cette étude, nous avons démontré que nous devons examiner non seulement le mouvement vertical mais aussi horizontal du fond marin pour dériver l'énergie totale transférée à l'océan et prédire un tsunami, " dit Salomon Yim, professeur de génie civil et de construction à l'Oregon State University et co-auteur de l'étude.

La découverte valide en outre une approche développée par Song et ses collègues qui utilise la technologie GPS pour détecter la taille et la force d'un tsunami pour les alertes précoces.

Le Global Differential Global Positioning System (GDGPS) géré par le JPL est un système de traitement GPS en temps réel très précis qui peut mesurer le mouvement du fond marin pendant un tremblement de terre. Alors que la terre bouge, les stations réceptrices au sol plus proches de l'épicentre se déplacent également. Les stations peuvent détecter leur mouvement chaque seconde grâce à une communication en temps réel avec une constellation de satellites pour estimer la quantité et la direction du déplacement horizontal et vertical des terres qui a eu lieu dans l'océan. Ils ont développé des modèles informatiques pour incorporer ces données à la topographie du fond océanique et à d'autres informations pour calculer la taille et la direction d'un tsunami.

"En identifiant le rôle important du mouvement horizontal du fond marin, notre approche GPS estime directement l'énergie transférée par un séisme à l'océan, " Song a déclaré. "Notre objectif est de détecter la taille d'un tsunami avant même qu'il ne se forme, pour les alertes précoces."

L'étude est publiée dans Journal de recherche géophysique - Océans .