Des scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA testent GUARDIAN, un système expérimental de détection des tsunamis utilisant les données des satellites de navigation mondiaux. Le système détecte les perturbations de l’ionosphère causées par les tsunamis, ce qui permet de donner un préavis d’une heure. Actuellement concentré sur la ceinture de feu de l’océan Pacifique, l’équipe prévoit d’étendre la couverture et d’affiner le système en vue d’une détection automatique.
Une nouvelle technologie de surveillance des risques utilise les signaux GPS pour partir à la chasse aux vagues dans la ceinture de feu du Pacifique. L’objectif à long terme de GUARDIAN est de renforcer les systèmes d’alerte précoce.
Déclenchés par des tremblements de terre, des volcans sous-marins et d’autres forces terrestres, les tsunamis peuvent dévaster les communautés côtières. Et lorsqu’il s’agit de donner l’alerte, chaque seconde compte. Les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA testent une nouvelle approche pour détecter – depuis les confins de l’atmosphère – les vagues les plus meurtrières de l’océan.
Baptisé GUARDIAN (GNSS Upper Atmospheric Real-time Disaster Information and Alert Network), le système de surveillance expérimental exploite les données fournies par des groupes de satellites GPS et d’autres satellites de navigation en orbite autour de notre planète. Collectivement, ces groupes sont connus sous le nom de systèmes mondiaux de navigation par satellite, ou GNSS. Leurs signaux radio sont transmis à des centaines de stations scientifiques au sol dans le monde entier, et ces données sont traitées par le réseau GPS différentiel mondial (GDGPS) du JPL, qui améliore la précision de la position en temps réel jusqu’à quelques pouces (environ 10 centimètres).
Les vagues s’agitent dans la baie d’Onomea, à Hawaï, où la mer est montée de plus de 9 mètres lors du tsunami meurtrier du 1er avril 1946. Une nouvelle technologie pourrait permettre de détecter ces risques naturels grâce aux ondes acoustiques et gravitationnelles qu’ils projettent vers l’espace. Crédit : M. Younger
Le nouveau système passe au crible les signaux à la recherche d’indices indiquant qu’un tsunami s’est déclenché quelque part sur Terre. Comment cela fonctionne-t-il ? Lors d’un tsunami, plusieurs kilomètres carrés de la surface de l’océan peuvent s’élever et s’abaisser presque à l’unisson, déplaçant une quantité importante d’air au-dessus d’eux. L’air déplacé se propage dans toutes les directions sous la forme d’ondes sonores de basse fréquence et d’ondes de gravité. En l’espace de quelques minutes, ces vibrations atteignent la couche supérieure de l’atmosphère : l’ionosphère, chargée électriquement et cuite par le Soleil. Le choc des ondes de pression avec les particules chargées qui s’ensuit peut fausser légèrement les signaux des satellites de navigation situés à proximité.
Alors que les outils de navigation cherchent généralement à corriger ces perturbations ionosphériques, les scientifiques peuvent s’en servir comme d’une sonnette d’alarme salvatrice, a fait remarquer Léo Martire, un scientifique du JPL qui a développé GUARDIAN. « Au lieu de les corriger comme une erreur, nous les utilisons comme des données pour repérer les risques naturels », a déclaré M. Martire.
Cette animation montre comment les ondes d’énergie du tremblement de terre et du tsunami de Tohoku-Oki du 11 mars 2011 ont percé l’ionosphère terrestre à proximité du Japon, perturbant la densité des électrons. Ces perturbations ont été surveillées en suivant les signaux GPS entre les satellites et les récepteurs au sol. Crédit : NASA/JPL-Caltech
L’outil de surveillance le plus rapide en son genre
La technologie est encore en cours de maturation, a déclaré M. Martire, qui copréside un groupe de travail au sein du Comité international des Nations unies sur les GNSS qui étudie l’utilisation des systèmes de navigation par satellite pour améliorer les stratégies d’alerte précoce. Pour l’instant, les données fournies par GUARDIAN en temps quasi réel doivent être interprétées par des experts formés à l’identification des signes de tsunamis. Mais il s’agit déjà de l’un des outils de surveillance les plus rapides de sa catégorie : En 10 minutes, il peut produire une sorte d’instantané du grondement d’un tsunami atteignant l’ionosphère. Et il pourrait potentiellement fournir jusqu’à une heure d’alerte, en fonction de la distance entre le lieu d’origine du tsunami et le rivage.
« Nous envisageons que GUARDIAN vienne un jour compléter les instruments terrestres et océaniques existants, tels que les sismomètres, les bouées et les marégraphes, qui sont très efficaces mais ne couvrent pas systématiquement la haute mer », explique Siddharth Krishnamoorthy, qui fait également partie de l’équipe de développement du JPL. Les scientifiques affiliés au programme « Disasters » de la NASA utilisent actuellement des instruments terrestres dans des stations GNSS pour détecter plus rapidement les tsunamis.
Un panneau d’évacuation indique une zone plus sûre à Phuket, en Thaïlande, où un tsunami catastrophique a suivi un tremblement de terre sous-marin le 26 décembre 2004. Cette catastrophe naturelle, l’une des plus meurtrières de l’histoire moderne, a fait au moins 225 000 victimes dans plusieurs pays. Crédit : NASA/JPL-Caltech
« Lorsqu’il y a un grand tremblement de terre près de l’océan, nous voulons connaître rapidement la magnitude et les caractéristiques du tremblement de terre pour comprendre la probabilité qu’un tsunami se produise, et nous voulons savoir si un tsunami s’est effectivement produit », a déclaré Gerald Bawden, le scientifique du programme pour la surface et l’intérieur de la Terre au siège de la NASA à Washington. « Aujourd’hui, il existe deux moyens de savoir si un tsunami a été généré avant qu’il ne touche terre : les bouées DART de la NOAA et les observations GNSS-ionosphère. Le nombre de bouées étant limité et leur coût très élevé, des systèmes tels que GUARDIAN peuvent compléter les systèmes d’alerte actuels.
Pour l’instant, l’équipe GUARDIAN se concentre sur la ceinture de feu géologiquement active de l’océan Pacifique. Environ 78 % des 750 tsunamis confirmés entre 1900 et 2015 se sont produits dans cette région, selon une base de données historique gérée par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). GUARDIAN surveille actuellement un peu plus de la moitié de la région d’intérêt dans le Pacifique.
L’équipe GUARDIAN développe un site web qui permet aux experts d’explorer l’état de l’ionosphère en temps quasi réel en étudiant les liaisons individuelles des stations satellites sur le réseau GNSS. Les utilisateurs peuvent accéder aux données d’environ 90 stations situées autour de la ceinture de feu du Pacifique et découvrir des signaux intéressants dans les minutes qui suivent un événement. L’équipe a pour objectif d’étendre la couverture et d’affiner le système jusqu’à ce qu’il puisse signaler automatiquement les tsunamis et d’autres risques, notamment les éruptions volcaniques et les tremblements de terre.