Un puissant séisme d'une magnitude de 8,8 survenu près de la péninsule du Kamtchatka en Russie a déclenché un tsunami dans le Pacifique fin juillet. Un satellite spécialement conçu pour mesurer la hauteur de la surface de l'océan a pour la première fois complètement « suivi » cette énorme vague depuis l'espace avec une haute résolution.
Une étude récente publiée dans « The Seismic Record » a souligné que le satellite « Surface Water and Ocean Topography » (SWOT), développé conjointement par les États-Unis et la France, a enregistré la première trace d'observation spatiale à haute résolution d'un grand tsunami déclenché par ce séisme de zone de subduction. La structure des vagues était beaucoup plus complexe que prévu et l'énergie continuait à se propager et à se disperser sur la vaste surface de l'océan. Les chercheurs pensent que ce résultat devrait aider les humains à mieux comprendre le mécanisme de propagation du tsunami, améliorant ainsi l'évaluation des impacts potentiels sur les zones côtières.
L'étude a été réalisée par Angel Ruiz-Angulo, chercheur à l'Université d'Islande, et d'autres. Ils ont analysé conjointement les données sur la hauteur de la mer obtenues par le satellite SWOT et les enregistrements d'observation des bouées DART (Deep Sea Tsunami Assessment and Reporting) déployées le long du chemin de propagation du tsunami. Les résultats ont non seulement révélé les détails inhabituellement complexes de la forme d'onde du tsunami, mais ont également fourni de nouvelles contraintes pour reconstruire le processus de rupture de ce séisme de magnitude 8,8 dans la zone de subduction de l'arc Kamchatka-Kurile. Ce tremblement de terre s'est produit le 29 juillet et constitue le sixième plus grand tremblement de terre enregistré dans le monde depuis 1900.
Ruiz-Angulo a décrit les données SWOT comme donnant aux chercheurs une « nouvelle paire de lunettes ». Auparavant, la communauté de la recherche scientifique s'appuyait principalement sur les bouées DART réparties dans tout le Pacifique pour obtenir des informations sur les tsunamis, qui ne pouvaient « échantillonner » et enregistrer les signaux de tsunami qu'en des points limités de la vaste zone océanique. Bien que d'autres satellites puissent également observer les changements de hauteur de la surface de la mer, dans des circonstances idéales, ils ne peuvent « balayer » qu'une fine ligne du tsunami. En revanche, SWOT peut acquérir des données sur des fauchées de surface de la mer jusqu'à environ 120 kilomètres de large par transit et caractériser les fluctuations de la hauteur de la surface de la mer avec une résolution spatiale élevée sans précédent.
Le satellite SWOT sera lancé en décembre 2022 et est développé conjointement par la NASA et le Centre national de la recherche spatiale (CNES). Sa mission principale est de réaliser la première cartographie de haute précision des masses d’eau de surface mondiales et des surfaces océaniques. Ruiz-Angulo a déclaré que lui et son co-auteur Charly de Marez avaient déjà utilisé les données SWOT pour étudier les tourbillons à petite échelle et d'autres structures dans l'océan pendant plus de deux ans, et qu'ils ne s'attendaient pas à l'origine à avoir l'opportunité de « tomber sur » un grand tsunami.
Cette observation a également contraint la communauté de la recherche scientifique à repenser les caractéristiques de propagation des grands tsunamis. Pendant longtemps, l’opinion dominante a été que les tsunamis géants dont les longueurs d’onde sont bien supérieures à la profondeur moyenne de l’océan sont des « vagues non dispersives » et devraient être dominées par des formes d’onde globales lors de leur propagation à travers l’océan, et que l’énergie n’est pas facilement divisée en plusieurs groupes de vagues. Cependant, les données de cet événement obtenues par SWOT ont clairement montré l'existence de l'effet de dispersion : l'énergie du tsunami a été décomposée en plusieurs groupes de composantes d'ondes différentes au cours du processus de propagation, et a montré une dispersion spatiale et une modulation structurelle significatives.
L'équipe de recherche a comparé les résultats de simulations numériques contenant le comportement de dispersion avec des mesures réelles provenant de satellites et de bouées et a constaté que la cohérence entre ce type de « modèle de dispersion » et les observations réelles est nettement meilleure que celle des modèles simplifiés utilisant des hypothèses traditionnelles. Ruiz-Angulo a souligné que cela signifie que les modèles numériques de tsunamis actuellement couramment utilisés « manquent quelque chose » en termes de mécanismes physiques, en particulier la structure interne et la redistribution de l'énergie des groupes de vagues de tsunamis à grande échelle sont encore insuffisantes. Il a en outre émis l'hypothèse que cette énergie de dispersion supplémentaire pourrait conduire à une modulation des « vagues traînantes » avant et après la crête principale de la vague du tsunami, affectant ainsi la hauteur locale des vagues et la séquence d'arrivée à l'approche de certaines côtes. Ces effets potentiels doivent être quantifiés et intégrés dans les futurs systèmes de prévision.
Dans cette étude, l’équipe a également comparé les observations SWOT et DART avec les prévisions de tsunami précédentes basées sur les données sur la source du tremblement de terre et la déformation de la surface. Ils ont constaté que sur certains sites de surveillance en eaux profondes, l’heure d’arrivée traditionnellement prévue du tsunami ne correspondait pas à la mesure réelle du DART : sur un site, l’heure d’arrivée donnée par le modèle était trop tôt, tandis que sur un autre site, l’heure d’arrivée était trop tardive. Pour résoudre cette contradiction, les chercheurs ont utilisé la méthode dite « d'inversion » pour réestimer les caractéristiques de rupture de la source en utilisant comme contraintes les mesures réelles des bouées. Les résultats ont montré que la zone de rupture de ce séisme de magnitude 8,8 s'étendait plus au sud que prévu par les modèles précédents, avec une longueur totale d'environ 400 kilomètres, soit nettement plus longue que les 300 kilomètres précédemment estimés.
Diego Melgar, co-auteur de l'article, a souligné que depuis le séisme de magnitude 9,0 au large de Tohoku, au Japon, en 2011, la communauté sismologique a progressivement réalisé que les données d'observation des tsunamis sont d'une grande valeur pour limiter la distribution des glissements des failles peu profondes. Ces dernières années, les chercheurs ont tenté d’intégrer les données sur les tsunamis telles que DART aux ondes sismiques traditionnelles et aux mesures de déformation de surface. Cependant, dans les opérations réelles, ce type de couplage de données multi-sources n’a pas encore été complètement normalisé. L’une des raisons importantes est qu’il existe des différences majeures dans les cadres physiques et informatiques entre le modèle de dynamique des fluides qui simule les tsunamis et le modèle terrestre solide qui simule la propagation des ondes sismiques. Il a souligné que cette étude montre une fois de plus que la combinaison d'une plus grande variété d'observations est essentielle pour comprendre les caractéristiques des sources sismiques et le comportement des tsunamis.
La région de l'arc insulaire Kamchatka-Kurile est une zone de renommée mondiale sujette à de forts tremblements de terre et à des tsunamis. Dès 1952, un tremblement de terre majeur d'une magnitude de 9,0 dans la région a déclenché un tsunami à travers l'océan Pacifique et a directement favorisé la mise en place du système international d'alerte aux tsunamis. Ce système a également joué un rôle clé dans l’alerte précoce et l’émission d’alertes lors de cet événement en 2025.
Les chercheurs ont déclaré qu'à mesure que les données d'observation par satellite similaires à SWOT continuent de s'accumuler, elles devraient jouer un rôle plus important dans la prévision des tsunamis en temps réel ou quasi-réel à l'avenir. Ruiz-Angulo a déclaré que si de tels résultats pouvaient être répétés lors d'événements plus réels à l'avenir, cela contribuerait à prouver aux décideurs et aux bailleurs de fonds qu'investir dans des capacités spécialisées d'observation par satellite a une valeur à long terme pour améliorer la surveillance mondiale des tsunamis et les niveaux d'alerte précoce.