Les vibrations dans le sol peuvent aider à améliorer les alertes avancées sur les crues soudaines résultant de la fonte des glaces, selon une étude publiée aujourd'hui dans Avancées scientifiques .

Le 7 octobre 1994, un barrage naturel qui avait retenu l'éclatement d'un lac glaciaire, envoyant les eaux de crue s'écraser en aval dans le village bhoutanais de Punakha. L'inondation soudaine a tué 21 personnes, détruit 816 acres de cultures et 6 tonnes de nourriture stockée, et emporté des maisons et d'autres infrastructures. La nouvelle étude, dirigé par des chercheurs de l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty de l'Université Columbia, découvert que les appareils sismiques locaux avaient enregistré sans le savoir cette inondation du lac glaciaire cinq heures avant qu'elle n'atteigne le village.

Les crues des lacs glaciaires sont de plus en plus fréquentes et de plus en plus destructrices dans les zones montagneuses. Alors que les glaciers fondent, l'eau s'accumule dans des lacs emprisonnés derrière des barrages faits de débris glaciaires rocheux et d'embâcles. Lorsque le barrage se déplace ou qu'il y a trop de pression derrière lui, l'eau du lac jaillit dans un sursaut catastrophique, un danger pour les communautés en aval. Alors que la planète se réchauffe, les lacs glaciaires deviennent plus grands et plus fréquents, augmentant ainsi le potentiel d'inondations causées par les lacs glaciaires (GLOF).

Dans l'étude, dirigé par Josh Maurer, étudiant diplômé de Lamont-Doherty, les chercheurs ont découvert qu'un réseau de sismomètres situé à environ 100 kilomètres du lac glaciaire avait enregistré un signal clair à haute fréquence vers 1h45 du matin, à peu près au moment où le barrage aurait éclaté. Ils émettent l'hypothèse que lorsque le barrage s'est rompu, la sortie puissante et soudaine d'eau et/ou de sédiments a heurté le lit de la rivière, provoquant les vibrations captées par les sismomètres. L'équipe a pu utiliser les données sismiques pour reconstituer l'inondation alors qu'elle se déroulait à 90 kilomètres en aval, atteindre le village de Punakha vers 7 heures du matin.

Actuellement, des instruments surveillent le niveau d'eau local dans certains lacs glaciaires et alertent les communautés locales si le niveau du lac baisse soudainement, indiquant un GLOF. Cependant, ces systèmes sont connus pour être quelque peu peu fiables et ont émis de fausses alarmes dans le passé. Les auteurs de l'étude suggèrent qu'avec un certain raffinement, la surveillance sismique en temps réel pourrait être combinée avec des systèmes de surveillance du niveau d'eau pour minimiser les fausses alarmes et maximiser les délais d'avertissement. En outre, quelques capteurs sismiques stratégiquement placés pourraient potentiellement surveiller les GLOF sur une vaste zone, alors que les moniteurs de niveau d'eau doivent être installés lac par lac.

Les auteurs notent que des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que les moniteurs sismiques GLOF soient prêts à être déployés. L'équipe espère trouver et explorer d'autres cas où les sismomètres ont capturé des événements GLOF, pour mieux comprendre comment lire et analyser les signaux en temps réel. Ils avertissent également que l'inondation de Punakha était très importante, le signal ressortait donc clairement dans les données ; à l'avenir, ils espèrent mieux comprendre si la technique peut détecter de manière fiable les petites crues des lacs glaciaires, qui peut encore causer de graves dommages.

En reconstituant le déluge de Punakha, les chercheurs ont également pu tester divers modèles de la façon dont les eaux de crue devraient s'écouler dans la région, montrant que les données sismiques pourraient aider à améliorer la modélisation des crues. En outre, le document a utilisé des images satellite avant et après le GLOF pour évaluer ses impacts sur la région.

Les experts qui n'ont pas participé à l'étude, dont le géographe Simon Allen et le glaciologue Holger Frey (tous deux de l'Université de Zurich), a déclaré que l'étude représente une première étape prometteuse vers un système d'alerte précoce basé sur la sismologie. Allen a déclaré que davantage de recherches sont nécessaires, puisque la technique n'a été testée que sur un seul lac jusqu'à présent, et a averti que le maintien d'un réseau de surveillance sismique en temps réel dans l'Himalaya ou ailleurs présenterait des défis financiers et techniques.

"Les algorithmes doivent être extrêmement fiables, " dit Frey. " Tous les événements doivent être détectés, mais en même temps, les fausses alarmes doivent être évitées par tous les moyens. » Il a également souligné que l'inclusion des personnes des communautés affectées dans la conception et la mise en œuvre de tels systèmes est essentielle pour déterminer s'ils réussissent ou non.

"Cette étude est une excellente démonstration du potentiel de détection sismique à longue distance des grandes crues à explosion, " a déclaré Kristen Cook, un géologue du Centre de recherche allemand GFZ pour les géosciences qui n'a pas participé à l'étude. "Cette détection sismique pourrait avoir des implications importantes en remontant le temps pour valider les modèles d'inondation et mieux comprendre les processus des crues éclatées, et potentiellement avancer dans le temps si un système d'alerte précoce sismique peut être développé. Les débordements d'inondations sont une grande préoccupation dans l'Himalaya, d'autant plus que le développement le long des corridors fluviaux augmente et que les lacs se développent, Ainsi, une alerte précoce plus robuste et une meilleure modélisation auraient des avantages sociétaux importants. »

Les autres auteurs de l'étude sont :Joerg Schaefer, Josué Russell, et Nicolas Young de l'Université Columbia; Summer Burton Rupper de l'Université de l'Utah; Norbu Wangdi du Centre pour l'Eau, Climat, et politique environnementale au Bhoutan; et Aaron Putnam de l'Université du Maine.

En savoir plus sur l'étude dans un bref Q&R avec le co-auteur de l'étude Joerg Schaefer, au dessous de.

Comment est née l'idée de cette étude ?

Tout a commencé lorsque nous travaillions sur les séquences moraines bien conservées et presque complètes devant les lacs GLOF. Ils étaient dans le parcours du GLOF 1994, et la datation au béryllium montre qu'ils sont anciens, comme 4, 000 ans. J'étais perplexe quant à la façon dont un GLOF aussi dévastateur pouvait traverser ces anciens reliefs glaciaires sans les détruire, les laver. J'ai demandé à l'étudiant diplômé Josh Maurer de vérifier l'imagerie satellite espion et les images de télédétection ultérieures pour des images des lacs et des moraines juste avant et juste après l'inondation. Il a fait ça, et nous avons documenté l'explosion et la première phase du GLOF de 1994. Nous avons appris que l'inondation n'était tout simplement pas super dramatique au début, et n'a enlevé qu'une petite partie de la section de la moraine terminale. C'est un rappel frappant et effrayant que les GLOF commençant à ces hautes altitudes captent leur énergie dévastatrice par gravité lors de leur descente.

Josh a réalisé le potentiel, et nous avons commencé à nous demander si le signal GLOF ne devait pas être visible dans l'enregistrement du sismomètre. Josh a contacté Josh Russell, un doctorat étudiant en sismologie à Lamont, et ensemble, ils se sont mis au travail et ont appliqué une technique appelée "analyses sismiques basées sur la corrélation croisée, ' avec lequel ils ont pu suivre l'évolution du GLOF avec des sismomètres jusqu'à 100 km de la crue réelle. Ils ont trouvé le signal d'inondation d'une clarté étonnante et ont synthétisé les données sismiques avec des rapports de témoins oculaires et une station de jauge en aval dans un modèle numérique d'inondation.

Nous avons également utilisé l'imagerie à distance avant et après la crue pour estimer le dépôt de sédiments dans la vallée en aval pour évaluer les dégâts, et tracé la vitesse de reprise de la végétation.

C'est probablement l'article sur les sciences de la terre le plus innovant auquel j'ai eu le plaisir de participer. Mon rôle principal a été de soutenir le travail de ces brillants étudiants diplômés.

Avez-vous rencontré des obstacles dans le développement de ce projet ? Si c'est le cas, qu'étaient-t-ils? Comment les avez-vous surmontés ?

Josh et Josh ont rencontré divers problèmes lors de leurs analyses de corrélation croisée, mais ils ont travaillé brillamment et efficacement en équipe. Une fois tous les résultats sur la table, il nous a fallu un certain temps pour organiser les pièces de nombreuses disciplines différentes pour former un manuscrit cohérent des sciences de la terre, et de réaliser et de formuler le potentiel de cette technique pour une nouvelle génération de systèmes d'alerte précoce GLOF.

Comment pensez-vous que d'autres lacs glaciaires pourraient être priorisés pour de futures recherches dans ce sens ?

L'une des plus grandes forces de cette approche est l'applicabilité régionale. Nous pouvons utiliser cette boîte à outils, par exemple, pour demander à l'enregistrement du sismomètre s'il existe ou non des "signaux de type GLOF" similaires dans le système. Et, en utilisant les techniques de traitement d'images satellitaires de Josh, nous pouvons rechercher dans la région la source d'inondations similaires qui auraient pu se produire dans la région au cours des 40 dernières années.

Être capable de suivre la formation, la croissance et en particulier l'augmentation du niveau des lacs au fil du temps est la clé pour évaluer et identifier les lacs les plus dangereux de la région. La topographie et la disponibilité des sédiments sont probablement similaires dans les différentes vallées sujettes au GLOF de la région, mais nous devons absolument produire une carte mettant en évidence les établissements humains et les zones qui sont essentielles à leurs moyens de subsistance par rapport à l'aléa GLOF de plus haut dans l'Himalaya.