Caractéristiques hydro-dynamiques des tsunamis En pleine mer

Publié le par Bienvenue dans le blog de djibaba.ingenieur

Rappel terminologique

Dans le cas des vagues océaniques, les termes utilisés sont pour l'essentiel les mêmes que ceux qui s'appliquent aux autres types d'ondes:

  • longueur d'onde : distance entre 2 crêtes successives
  • fréquence : intervalle de temps entre 2 crêtes successives
  • hauteur : dénivellation entre crête et creux
  • vitesse
Terminologie utilisée pour décrire les tsunamis Terminologie utilisée pour décrire les tsunamis
Crédit : notre-planete.info

Mais il existe une différence majeure : pour la plupart des ondes, l'amplitude représente la moitié de la hauteur. Dans le cas des vagues océaniques, elle correspond à la dénivellation entre la crête et le niveau normal de la mer.
L'amplitude du tsunami à son contact avec la côte (déferlement) est appelée run-up par les Anglo-saxons, qui correspond à la hauteur de la vague au-dessus du niveau moyen des hautes marées.

On classe les tsunamis en fonction de leur magnitude, qui correspond à l'énergie totale libérée par le tsunami. Plusieurs échelles de magnitude sont utilisées, l'une des plus pratiques étant celle d'Imamura Iida, où la magnitude est égale au logarithme (en base 2) de la hauteur maximum de la vague principale le long de la côte:

m = logHmax

Son fonctionnement étant identique à l'échelle de Richter pour les séismes, il est aisé de comparer la magnitude d'un tsunami et celle du séisme qui l'a généré. Cependant, cette formule ne prend pas en compte l'extension spatiale des tsunamis.

Un autre paramètre important est l'intensité du tsunami, qui représente la force de la vague en un lieu donné. L'échelle couramment utilisée est celle de Sieberg, modifiée par Ambraseys (1962) qui classe les tsunamis de 1 (pas de dommages) à 6 (désastreux).

Caractéristiques des tsunamis

La longueur d'onde des vagues océaniques est en moyenne de 100 m, alors que celle des tsunamis peut excéder 200 km.
Leur vitesse de propagation en pleine mer est de plusieurs centaines de km/h (180 km/h pour le tsunami du 2 septembre 1992 au Nicaragua), et peut être dix fois plus rapide que celle des vagues normales (90 km/h environ) car la vitesse augmente avec la profondeur (pas d'influence de la rugosité du fond).
Ex. : 500 km/h pour le tsunami du 26/12/2004 dans l'océan Indien et 800 km/h pour le tsunami du 1er Avril 1946 né en Alaska et qui ravagea la ville de Hilo à Hawaii 4,5 h plus tard (18 m de haut, 150 victimes).

  • Dans le cas d'une série de tsunamis, la fréquence entre 2 crêtes est élevée, jusqu'à une heure, malgré leur vitesse rapide, car la fréquence dépend surtout de leur longueur d'onde qui est très grande.
  • En pleine mer, l'amplitude des tsunamis reste généralement faible, inférieure à 1 m, mais peut atteindre plusieurs mètres dans certains cas.

A l'approche et au contact de la côte

Caractéristiques des tsunamis

L'onde du tsunami, née du choc sismique du haut en bas de la masse océanique, est épaisse de plusieurs centaines de mètres et gagne en énergie chaque fois qu'elle heurte le plancher sous-marin. Des masses d'eau importantes glissent en profondeur le long des déformations du sol marin, à la différence des vagues ordinaires qui n'affectent que la surface de l'eau. À cause de la relation entre la vitesse de propagation et de la profondeur du fond océanique, les tsunamis sont freinés très brutalement dès qu'ils atteignent la plate-forme continentale. Ceci entraîne une augmentation très forte de l'amplitude de la vague, qui atteint fréquemment 5 ou 10 m. Dans les cas les plus dramatiques relevés (voir tableau ci-dessous), le run-up a pu atteindre 20, 30, voire 40 m pour le tsunami déclenché par l'éruption du volcan Krakatoa (Indonésie, 1883). Le record semble appartenir au tsunami du 17 octobre 1737 dans le nord des Kourilles avec 60 m.
À cause de leur grande longueur d'onde, la crête du tsunami à la côte peut durer plusieurs minutes, ce qui augmente les risques.

Principaux tsunamis historiques

tsunami de mars 1964 tsunami de mars 1964
Dégâts dûs au tsunami de mars 1964
Date Source Hauteur (m) Origine Commentaire
1600 av JC Santorin (Grêce) ? Volcan Dévastation Crète
17/10/1737 ? 60   Nord des Kourilles
01/11/1755 Atlantique est 5 – 10 Séisme  
13/08/1868 Pérou - Chili > 10 Séisme Observé en Nouvelle-Zélande. Dommages à Hawaii
27/08/1883 Krakatoa (Indonésie) 40 Volcan 36 000 morts
15/06/1896 Sanriku - Honshu (Japon) 24 Séisme 7,6 Environ 27 000 morts
31/01/1906 Equateur - Colombie ? Séisme 8,8 un millier de morts
03/03/1933 Sanriku - Honshu (Japon) > 20 Séisme 8,3 3 000 morts
01/04/1946 Aléoutiennes 10 Séisme 150 morts à Hawaï
04/11/1952 Kourilles (URSS) 20 Séisme 9 > 2 300 morts
23/05/1960 Chili > 10 Séisme 9,5 5 700 morts au Chili, 130 au Japon et 61 à Hawaï
28/03/1964 Alaska 6 Séisme 119 morts en Californie
17/08/1976 Ile de Mindanao (Philippines) ? Séisme 5 000 morts
12/12/1992 Flores (Indonésie) 26 Séisme 2 100 morts
02/09/1992 Nicaragua 10 Séisme 170 morts, 500 blessés
07/1993 Japon 33 Séisme 239 morts, 558 maisons détruites
17/07/1998 Papouasie-Nouvelle Guinée ? Séismes 7 6 000 à 8 000 morts
17/08/1999 Turquie ? Séisme 7,6 17 000 morts
26/12/2004 Sumatra (Océan indien) 10 Séisme 9 225 000 morts et disparus

Le run-up

Le run-up des tsunamis à la côte est déterminé par la combinaison de plusieurs méthodes :

  • Observation visuelle
  • Marques laissées par l'eau ou les débris transportés par la vague sur les bâtiments.

Le run-up d'un tsunami est fonction de plusieurs facteurs : profondeur, morphologie du plancher océanique, tracé de la côte. Dans certains cas, la côte peut réfracter le tsunami et l'orienter en direction de ports ou de baies habituellement protégées des vagues de tempêtes. Il est donc important d'établir des cartes de risques avec plusieurs scénarios fondés sur différentes orthogonales de vagues exceptionnelles (même principe qu'orthogonales de houle, mais les résultats sont très différents).
Quand l'énergie d'un tsunami est concentrée dans un secteur précis à cause de la configuration de la côte et/ou du plancher océanique, il est appelé wave trap (trappe à vague) par les Anglo-saxons. Si le tsunami est concentré dans un secteur resserré comme une baie longue et étroite ou l'embouchure d'un cours d'eau, il peut prendre la forme d'un mur appelé bore (trou). Dans ces cas, la force du tsunami est exceptionnelle : un des trois principaux tsunamis engendrés par l'explosion du Krakatoa en 1883 transporta un bloc de corail de 600 t à 100 m à l'intérieur des terres et un bateau à 2,5 km et à 24 m d'altitude. Ceux du Santorin ravagèrent la côte nord de la Crète.

Le comportement d'un tsunami à l'approche de la côte diffère de celui des autres vagues océaniques.
Parfois, le niveau de la mer baisse notablement juste avant l'arrivée du tsunami car l'eau littorale est en quelque sorte aspirée par l'immense rouleau que forme le tsunami (cf. citerna). Ce phénomène est appelé drawdown par les Anglo-saxons. Bien évidemment, il ne faut pas s'aventurer dans la zone émergée, mais au contraire se réfugier sur des topographies élevées.
Dans d'autres cas, le premier mouvement de l'eau littorale est au contraire une élévation (serait-ce la pression exercée sur l'eau littorale par le tsunami ?).

Effets à la côte

Effets morphologiques : érosion des plages

Exemples :

  • recul de la plage après le passage d'un tsunami de 8 m sur la plage de Marsella, Nicaragua en 1992.
  • recul de 150 m d'une plage de Flores par glissements répétés sur 2 km de long après une vague de 11 m de haut.

Effets écologiques

Par l'action mécanique des vagues
- destruction de la végétation à Florès.
- débris coralliens transportés jusqu'à 200 m de la côte après le passage du tsunami de Flores en 1992.

Par l'action du sel
A Flores, l'eau salée a tué tous les arbres ayant résisté au choc mécanique des vagues.

Effets humains et sociaux-économiques

Les pertes s'élèvent généralement à plusieurs centaines de victimes, sauf dans les cas les plus graves où elles se comptent par dizaines de milliers (Santorin 1600 av. JC, Lisbonne, 1755, Krakatoa 1883, Honshu 1896, Sumatra 2004).
L'Indonésie est un des pays les plus gravement touchés et ou le risque est le plus important au monde. Certes, l'aléa n'est pas plus fort qu'au Japon, mais la vulnérabilité des populations y est beaucoup plus importante.

Principaux tsunamis causés par des séismes en Indonésie depuis 1965

Année Localisation Magnitude du séisme Hauteur maximum Nombre de victimes
1965 Buru, Moluques 7,5 4 m 71
1967 Sud Sulawesi 5,8 - 58
1968 Centre Sulawesi 7,4 10 m 200
1969 Sud Sulawesi 6,9 - 64
1977 Sumba 8 15 m 189
1982 Larantuka 5,9 - 13
1992 Flores 7,5 26 m 2100
1994 Banyuwangi, Java 6,8 14 m 208
1996 Centre Sulawesi 7,7 5 m 8
1996 Biak, Irian Jaya 8 7 m 160
2004 Sumatra 9 10 m 225 000
2006 Sud de l'île de Java 7,7 2 m 600

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