Image Landsat de l’île Tutuila des Samoa américaines, acquise le 22 juillet 2022 avec l’Operational Land Imager (OLI) sur Landsat 8. Crédit : NASA Earth Observatory/Lauren Dauphin
Un tremblement de terre de magnitude 8,1 en 2009 a aggravé l’affaissement des terres aux Samoa américaines. NASA les scientifiques ont introduit la technologie InSAR, révélant une augmentation des taux d’affaissement après le séisme. Cette recherche souligne la nécessité de disposer de données précises dans la planification mondiale de la résilience côtière.
Le 29 septembre 2009, un séisme de magnitude 8,1 a frappé près des Samoa américaines, des Samoa et des Tonga, déclenchant un tsunami qui a causé des pertes humaines et 200 millions de dollars de dégâts matériels sur les îles. Le tremblement de terre a également exacerbé un autre problème aux Samoa américaines : l’affaissement ou l’affaissement des terres. Lorsqu’il est combiné à l’élévation relative du niveau de la mer, l’affaissement des terres peut augmenter la fréquence et l’ampleur des inondations côtières.
Les défis de la mesure de l’affaissement
La protection contre les inondations sur les îles nécessite des mesures fiables de l’ampleur et de l’endroit où le sol s’enfonce, a déclaré Jeanne Sauber, géophysicienne au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. « Vous devez savoir en détail où le terrain s’effondre le plus rapidement », a-t-elle déclaré. Sauber et plusieurs collègues de la NASA combinent des outils de télédétection pour comprendre cela.
Historiquement, les mesures de subsidence sur les petites îles tropicales ont été difficiles à réaliser pour deux raisons. Les îles disposent souvent de peu de ressources pour acquérir des mesures détaillées à la surface des terres, et les nuages et la végétation denses à midi peuvent rendre difficile l’obtention de bonnes données satellite.
Prenant comme exemple l’île de Tutuila aux Samoa américaines, une équipe de scientifiques de la NASA a publié l’année dernière une étude sur la façon de mieux cartographier les changements de sol sur les îles sujettes aux tremblements de terre. Ils ont constaté que l’utilisation d’une combinaison d’observations par satellite et au sol pourrait aboutir à une carte plus nuancée et plus complète.
Dans le passé, les scientifiques avaient utilisé les données de deux points de mesure sur Tutuila : un GPS station et l’unique marégraphe de l’île. Ils associent généralement ces points à l’altimétrie satellitaire, ce qui permet aux scientifiques de surveiller largement la hauteur de la surface de l’océan. Toutefois, ces données ne fournissent qu’une image limitée.
Principales conclusions
Dans l’étude, les chercheurs ont ajouté InSAR, ou radar interférométrique à synthèse d’ouverture, qui leur a permis de voir où le sol changeait. InSAR est une technique qui consiste à comparer des images radar satellite de la même zone collectées à différents moments pour repérer les mouvements à la surface de la Terre et suivre les changements de hauteur du sol.
L’étude a révélé que Tutuila a coulé en moyenne de 0,24 à 0,35 pouces (6 à 9 millimètres) par an entre 2015 et 2022, contre 0,04 à 0,08 pouces (1 à 2 millimètres) par an avant le tremblement de terre de 2009. Les taux de naufrage les plus élevés se sont produits juste après le séisme, notamment le long des côtes.
« Nous savions à quel point le sol se déformait à cet endroit grâce à la station GPS, mais avec la technique de télédétection radar, nous pouvons obtenir une carte beaucoup plus dense de ce qui se passe à travers l’île », a déclaré Stacey Huang, un collègue. avec le programme postdoctoral de la NASA à la NASA Goddard et l’auteur principal de l’étude.
Construire une meilleure carte
Les données radar à synthèse d’ouverture sont collectées à partir d’avions ou de satellites. Il fonctionne en envoyant des impulsions micro-ondes du satellite à la surface de la Terre, puis en mesurant le temps nécessaire pour que les impulsions rebondissent et la force de cette réflexion, ou « rétrodiffusion ». Contrairement à de nombreux instruments satellitaires, ce type de radar peut percer les nuages et la végétation dense, permettant ainsi aux chercheurs de mesurer avec précision l’élévation relative et les changements de la surface terrestre. L’étude de Huang et Sauber a utilisé des données de l’ESA (Agence spatiale européenne) Satellite Copernicus Sentinel-1A.
Les chercheurs ont également utilisé les données d’un altimètre satellite pour évaluer le niveau de la mer et le corréler avec les mesures de la station marégraphique de Pago Pago sur l’île. La jauge mesurait le niveau de la mer par rapport à Tutuila, tandis que l’altimètre mesurait le niveau absolu de la mer. La différence entre eux montre, entre autres signaux, le mouvement terrestre de Tutuila, ou mouvement, par rapport au centre de la Terre.
L’un des défis de l’évaluation de l’affaissement des terres sur les îles éloignées est de comprendre comment les mouvements des îles peuvent être influencés par le mouvement plus large des plaques tectoniques. En incluant les mesures de la station GPS de Tutuila, les chercheurs ont pu surveiller la vitesse du mouvement vertical.
« Ainsi, non seulement nous pouvons dire ce que fait un point par rapport à un autre sur une île, mais nous pouvons aussi dire ce que fait cette île par rapport à d’autres endroits dans le monde », a déclaré Sauber, co-auteur de l’étude.
Pourquoi la terre coule
L’affaissement des terres dans cette partie de l’océan Pacifique occidental résulte du mouvement des plaques tectoniques Pacifique et australienne. Lorsqu’une plaque passe sous l’autre, un phénomène appelé subduction se produit le long de la fosse des Tonga, un profond canyon de l’océan Pacifique. Les tremblements de terre résultent fréquemment de ce processus, créant un mouvement vertical de la surface de l’île, ainsi que des changements à la surface du sol.
Pour comprendre à quel point la terre a changé après chaque tremblement de terre, les scientifiques mesurent ce qu’on appelle le mouvement vertical de la terre – le mouvement de haut en bas de la terre dû à l’enlèvement et au réarrangement des matériaux dans le sous-sol de la Terre.
« Sur des centaines de milliers d’années, voire des millions d’années, ces îles volcaniques ont tendance à couler à mesure qu’elles se refroidissent », a déclaré Eric Fielding, géophysicien du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. « Ce processus géologique à long terme s’applique aux îles Samoa, et le cycle sismique s’y ajoute. »
L’élévation du niveau de la mer aggrave le problème, a déclaré Richard Ray, troisième auteur de l’étude et géophysicien à la NASA Goddard. À Tutuila, par exemple, le niveau relatif de la mer augmente jusqu’à cinq fois la moyenne mondiale, selon une étude précédente incluant Ray et Sauber. Le niveau moyen de la mer à l’échelle mondiale a augmenté de 0,11 pouce (2,7 millimètres) entre 2021 et 2022, selon une analyse des données satellite de la NASA. Dans cette étude de 2019, les scientifiques ont découvert que l’élévation du niveau de la mer dans la région par rapport à la terre ferme était de 0,04 à 0,08 pouces (2 à 3 millimètres) par an avant le séisme, mais qu’aujourd’hui, l’élévation relative du niveau de la mer est plusieurs fois supérieure à la moyenne mondiale.
« Trois millimètres peuvent sembler peu, mais cela fait une différence au fil du temps, à mesure qu’ils s’accumulent », a déclaré Ray.
Implications mondiales et projets futurs
De nombreuses îles dans le monde sont confrontées à la montée du niveau de la mer et partagent des caractéristiques similaires avec Tutuila. Les chercheurs espèrent appliquer ce qu’ils ont appris de Tutuila à d’autres îles pour planifier la résilience côtière, y compris les efforts de collaboration entre la NASA et les Nations Unies pour éclairer les décisions des nations insulaires du Pacifique.
Prévu pour être lancé début 2024, NISAR – abréviation de NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar – développé conjointement par la NASA et l’ISRO (Indian Space Research Organisation), suivra les mouvements des surfaces terrestres et des glaces de la Terre avec des détails extrêmement fins et aidera à identifier et suivre le mouvement vertical des terres à travers le monde.
La planification de la résilience côtière est nécessaire pour protéger les personnes qui vivent sur des îles plus petites et nécessite des données fiables.
« Nous avons vraiment besoin de savoir à quelle vitesse ces terres s’enfoncent afin que les décisions politiques puissent être basées sur des données scientifiques », a déclaré Sauber. « Vous ne voulez pas éloigner les gens de chez eux à moins qu’ils ne se trouvent vraiment dans une situation désastreuse. »
