Science & Environnement : Une Terre tourmentée sous surveillance

Science & Environnement : Une Terre tourmentée sous surveillance

Comment l'Homme surveille la Nature

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Tremblements de terre, ouragans ou encore raz-de-marée, la Terre est
capricieuse et parfois se met violemment en colère. Ce qui n'est pas
sans conséquence sur le bilan humain et économique, d'où le besoin d'une
étroite surveillance.


Déterminer
les éruptions volcaniques


Environ 1 500 volcans sont répertoriés
sur la surface du globe, 60 sont en activité annuellement. Etna, Kilauea,
Piton de la Fournaise font des siennes et offrent un spectacle digne des plus
grands pyrotechniciens. Mais sous ce jeu de lumière et de sons se cache
un réel danger pour l'espèce humaine. L'explosion de la Montagne
Pelée en Martinique, le 8 mai 1902, reste encore parmi les périodes
les plus tragiques de l'histoire de l'île. 30 000 personnes y ont trouvé
la mort et la ville de Saint Pierre a été totalement rasée.
Pour éviter ces catastrophes humaines et aussi économiques, l'homme
ausculte les moindres toussotements ou crachats de ces gorges de feu à
l'aide d'une armada d'outils technologiques.

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	Les volcans sont auscultés en permanence par de multiples appareils.

Les capteurs de déformation du solLa
morphologie des sols aux abords des volcans se voit sensiblement modifiée
à l'approche d'une éruption. Le fautif ? Le magma, roches
en fusion, est soumis à une forte pression souterraine et ce n'est pas
sans conséquence à la surface. Le volcan se dilate complètement
ce qui provoque un changement de pente et les fissures s'ouvrent. Pour mesurer
ces déformations, les volcanologues disposent :

-D'extensomètres.
Sans se perdre dans les détails de constitution de cet appareil, plusieurs
sont installés sur des zones de cassures, des fissures. Leur fonction :
mesurer l'écartement entre les bords et indiquer s'il s'y exerce un quelconque
décrochement ou cisaillement.

- De distancemètres.
Un appareil émettant un rayon infra rouge, le théodolite,
est placé à un endroit du volcan. Plusieurs miroirs sont disposés
sur les flancs du volcan et, donc, bougent avec lui. Ces derniers perçoivent
le rayon et le lui renvoient par réflexion. L'appareil peut alors
apprécier un changement de position.

- D'inclinomètres.
Ces instruments sont extrêmement fragiles. L'Institut de physique du globe
de Paris (IPGP) utilise l'inclinomètre de type BLUM. Doté d'un pendule,
il enregistre les variations de la pente du volcan suite à la pression
magmatique.
Toutes les données récupérées sur place
sont envoyées toutes les 2 à 5 minutes au laboratoire d'observation
comme celui du Piton de la Fournaise à la Réunion. Ce transfert
d'informations s'exécute par voie hertzienne.

- Du GPS. Des
récepteurs sont disséminés sur le volcan et leurs positions
sont surveillées et enregistrées à distance par le satellite
puis communiquées à la station volcanologique concernée.
La
composition chimique des fumerollesAutre technique pour scruter l'activité
d'un volcan, la mesure de la température, du débit et de la nature
des gaz émis par les fumerolles, fumées émanant de fissures.
Généralement leur composition est faite d'eau, de dioxyde de
carbone, de dioxyde de soufre, de sulfure d'hydrogène et d'acide hyperfluorique.
Leur concentration varie suivant l'activité du volcan : plus il est actif
et donc proche de l'éruption, plus il dégage ces gaz. D'où
une étroite surveillance effectuée par les spécialistes grâce
à un spectromètre.

Les zones hydrothermales
ne sont pas en reste. L'eau et surtout sa composition chimique est analysée
mensuellement par les laboratoires d'analyses de Paris. En Guadeloupe, un laboratoire
est disponible sur place pour observer la Soufrière et ses sources d'eau
chaude. PH, température et concentration gazeuse sont scrupuleusement relevées.
L'indicateur
magnétiqueLa Terre possède naturellement un champ magnétique
résultant des déplacements de fer liquide présent
dans le noyau interne ; ils sont dépendants de la rotation de notre planète.
Ce champ magnétique s'inverse périodiquement et les roches en sont
imprégnées. Il subit des modifications ponctuelles sous l'effet
des activités volcaniques et des fluides hydrothermaux.
Pour mesurer
les modifications du champ magnétique, donc une activité du volcan,
des magnétomètres sont plantés sur les flancs de l'édifice.
Via une antenne émettrice, les mesures sont envoyées au laboratoire
et analysées.En savoir plus
Interview
du volcanologue Jacques-Marie Bardintzeff
La
Terre sculptée par le temps
Les
volcans les plus fascinants du monde

source : L'Internaute

Prévoir
les tremblements de terre

L'activité volcanique n'est
pas le seul exemple de la vivacité et dynamique de notre planète.
La tectonique des plaques, cela vous parle-t-il ? Les continents et les océans
sont juchés sur des plaques mobiles, parfois elles entrent en collision
: un tremblement de terre en est la preuve visible. Kobe, San Francisco ou encore
Bam en Iran ont fait les gros titres des journaux suites à de violents
séismes qui ont compté des milliers de victimes. L'homme tente de
minimiser les risques en mettent au point des techniques de construction anti-sismiques
mais la meilleure protection demeure la prédiction d'événements
sismiques.

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	Conséquence d'un séisme à Mexico.

Des tracés graphiques instructifsLes
sismologues, spécialistes des ondes émises par la cassure de roches
consécutive à une rencontre de plaques tectoniques, disposent d'appareils
très sensibles capables d'enregistrer ces trains d'ondes courants dans
les couches internes de la Terre : les sismomètres ou les géophones.
Il en existe deux catégories :

- Ceux qualifiés de "longue
période" capables de déceler les ondes de basses fréquences
comprises entre 0,03 et 0,1 hertz. Ces ondes parcourent de grandes distances
et sont synonyme de séismes forts c'est-à-dire supérieurs
à 5 sur l'échelle ouverte de Richter (comprend 12 échelons).
-
Les sismomètres de "courte période" enregistrent
les ondes de grande fréquence, à savoir supérieures à
1 hertz. Celles-ci ne traversent pas de longues distances ce qui indique aux
sismologues que l'épicentre, le foyer du séisme, est proche des
appareils de détection.Ces sondes ultra sensibles permettent de
quantifier la force ainsi que la localisation du séisme mais elles ne permettent
pas de prévoir l'imminence d'un séisme et donc encore moins de prévenir
la population. Voilà la difficulté à laquelle sont confrontés
les spécialistes, la rapidité de ce phénomène empêche
pour le moment de déterminer un tremblement de terre.
Des
satellites à la rescousse

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	Le satellite Novastar appartient au groupe du GPS.

Le GPS, le positionnement par satellite, est également
mis à contribution pour observer la dynamique des failles. C'est au niveau
de ces cassures géologiques que se réalisent l'essentiel des tremblements
de terre. Sumatra, décembre 2004, un énorme séisme suivi
d'un gigantesque tsunami dévaste entre autres l'Indonésie. Depuis,
les spécialistes passent au crible les failles responsables de ce drame
afin de percer au jour les prémices de cette catastrophe. La faille de
San Andreas en Californie est également sous surveillance.

Pour
épauler et apporter des renseignements complémentaires, le micro-satellite
DEMETER, du nom de la déesse grecque de la terre, récolte à
710 kilomètres d'altitude depuis deux ans de nombreux paramètres
sur le champ électromagnétique ainsi que sur les fluctuations du
plasma ionosphérique (changements physiques du sol) grâce à
ses capteurs. Ce satellite sert de banque de données et permettra à
terme aux scientifiques d'élaborer des théories et des modèles
sismiques pour déterminer d'éventuels séismes.
Programme
de surveillance à grande échelle des zones sensiblesFace
à l'incertitude, les forces se concentrent d'où l'émergence
d'un programme international GEOSCOPE dirigé par la Française
Geneviève Roult. En quoi ça consiste ? Vingt-neuf stations sismiques
sont réparties dans les zones à risques à travers le monde.
L'objectif de ce programme est double : étudier la structure interne du
globe et comprendre les causes des tremblements de terre.

A l'aide de sismomètres,
les différentes stations collectent les ondes qui parcourent plusieurs
fois la Terre. Suivant leur amplitude et d'autres caractéristiques, les
scientifiques seront à même de déterminer leur mode de propagation,
la nature des couches terrestres traversées…
La prédiction
des tremblements de terre reste un énorme défi pour la communauté
scientifique. Cet événement géologique est le plus meurtrier
sur terre. Des progrès sont à noter à l'image de l'étude
menée par L'Institut de géophysique américain (USGC) : des
sismologues, des géologues et des spécialistes de la géodésie
annoncent un énorme tremblement de terre en Californie pour…2038.
Le séisme d'une magnitude 6,7 se produirait dans le sud de l'état
et causerait de gros dégâts. A dans trente ans pour voir s'ils disaient
vrai !En savoir plus
Voyage
au centre de la Terre

Comment
alerter les populations de l'imminence d'un tsunami ?

Décembre 2004 marque à
jamais le plus gros drame humain enregistré depuis des décennies.
Un séisme au large des côtes de Sumatra a créé une
énorme vague, un tsunami qui a dévasté les côtes indonésiennes,
thaïlandaises, sri lankaises, indiennes et des Maldives. Près de 232
000 morts et des millions de sans abris ; une véritable catastrophe humanitaire
et sanitaire. Comment éviter qu'un tel drame ne se reproduise ?

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	Une vague de plusieurs mètres de haut déferle sur les côtes indonésiennes.

Le tsunami du 24 décembre scruté à
la loupeDans ce cas de figure, on peut parler de vraie coïncidence
! Deux heures après le séisme de magnitude 9,1 sur l'échelle
ouverte de Richter près de l'Île de Sumatra dans l'Océan Indien,
le satellite Jason-1 passe au-dessus suivi de près par deux autres
satellites Topex/Poséidon et Envisat. Ils ont assisté et
enregistré l'élévation du niveau de la mer ainsi que la propagation
de la vague. Ces données récoltées sont en court d'analyses
et seront comparées aux modèles théoriques actuels. L'objectif
: améliorer ces modèles et mieux comprendre ce phénomène.
Sondage
des fonds marinsUn tsunami ou un raz-de-marée se produit suite à
un séisme sous marin. Pour prédire des tsunamis, les scientifiques
s'attaquent donc à la source et la mettent sous surveillance. Comment ?
Avec des sismomètres aquatiques appelés OBS, Ocean Bottom
Seismometer.

Ces petites boules sphériques sont alors immergées
en profondeur dans des zones de fortes activités sismiques comme l'Océan
Pacifique. Ces sondes se comportent exactement comme les stations sismiques terrestres
et envoient leurs enregistrements à un centre d'alerte sur la terre ferme
via le satellite GOES. C'est le système DART. Pour le Pacifique,
le centre se trouve à Honolulu (Hawaï). Plus de 28 pays y collaborent.

Le
Japon est très exposé aux tsunamis ; il a développé
son propre système d'OBS. Les bouées sont placées entre 2
200 et 4 000 mètres de profondeur. Le moindre changement de pression aquatique
est enregistré et communiqué via des câbles aux stations de
surface qui le retransmettent au Tsunami Warning Center au Japon.

D'autres
techniques complètent ces stations sub-aquatiques telles que les marégraphes.
Comparables à des échelles, elles enregistrent la montée
du niveau de l'eau. Elles sont disposées en bordure océanique.
Ce
système d'alerte est le plus efficace pour prévenir les populations
concernées de l'imminence d'un tsunami.

En
savoir plus Le
tsunami du 26 décembre 2004 au Sri-Lanka


Les
vagues scélérates : le cauchemar des marins

Les véritables monstres
d'eau atteignant parfois 30 à 40 mètres de haut sévissent
en pleine mer. Les vagues scélérates font partie de tous les récits
de marins. Capables de déchiqueter un cargo ou de carrément couper
la coque en deux, ces phénomènes océaniques sont certes rares
mais destructeurs.

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	Les vagues scélérates peuvent atteindre jusqu'à 40 mètres de haut.

Une origine assez obscureCertains spécialistes
n'hésitent plus à avancer la théorie des vagues scélérates
comme responsables de la disparition inexpliquée de bateaux dans le célèbre
Triangle des Bermudes.
Ces vagues diffèrent des raz-de-marée
car elles se produisent en haute mer et non à l'approche des côtes.
Autre différence notable : les tsunamis correspondent à des grandes
longueurs d'ondes, alors que les vagues scélérates comme toute vague
se caractérisent par un train d'ondes à la surface de la mer.
Pourquoi
certaines vagues vont alors prendre d'énormes proportions ?

Mystère.
Les scientifiques n'arrivent toujours pas à expliquer les causes. Certains
océanographes de l'université Technique de Berlin énoncent
la théorie suivante après réalisation de modèles numériques
quantiques : les vagues scélérates ou maxi-vagues emmagasinent une
énorme énergie seulement verticale. D'où vient-elle ?


Une des explications plausibles serait que les maxi-vagues naissent de l'accumulation
de petites vagues successives. Pour vérifier cette hypothèse, les
scientifiques l'ont reproduite en bassin. Résultat : des vagues qui entrent
en interaction sont susceptibles de générer une vague anormalement
haute.
Le programme européen MaxWavePlusieurs
techniques sont à portée de main pour mesurer la hauteur des vagues
telles que les radars, les bouées ou encore les lasers. Ils sont placés
en pleine mer ou au niveau des plates-formes pétrolières. Les amplitudes
mesurées sont transmises, c'est par ces nouveaux moyens que les vagues
scélérates ont été mises au jour.

Il n'empêche
que ces monstres d'eau provoquent de gros dégâts pour les navires
et les plates-formes. Résultat : de lourdes pertes financières.
Les Européens ont décidé en décembre 2000 de lancer
le programme MaxWave. Il a pour vocation de déterminer le nombre
réel de ces vagues et de modéliser leur formation afin que les armateurs
et constructeurs de plates-formes offshore s'adaptent.

Le satellite
radar ERS-2 lancé par l'ESA a photographié les océans
pour que le Centre aérospatial allemand réalise une carte des vagues
scélérates. En moins de trois semaines, le satellite a détecté
pas moins de 10 vagues géantes de 25 mètres de haut. Cette étude
montre que ce phénomène n'est pas si rarissime qu'on veut bien le
croire.
Avec toutes les données recueillies, les mathématiciens
élaborent des modèles de simulation qui permettent de prédire
avec plus d'efficacité l'apparition d'une vague géante.
En
savoir plus
Le
mystère des Bermudes

Suivre
les ouragans à la trace


Katrina, Wilma… ont fait parler
d'elles en 2005. Ces cyclones ont frappé de plein fouet les Caraïbes
et surtout le sud des Etats-Unis dévastant la Louisiane et sa célèbre
ville La Nouvelle-Orléans. Chaque année, pendant la période
des cyclones à la fin de l'été, les météorologues
sont sur le qui-vive pour prévoir ces phénomènes climatiques
et surtout leur évolution ainsi que leur progression.
La
formation d'un monstre météorologique

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	Formation d'un cyclone au-dessus d'une mer chaude.

Les cyclones ne se produisent pas partout à la surface du globe.
Il leur faut certaines conditions pour pouvoir se former. Les mers chaudes sont
leur berceau de vie. "A la fin de l'été, l'eau des mers tropicales
affiche une température comprise entre 26 et 28°C sur cinquante
mètres de profondeur" dixit Frank Roux, scientifique du Laboratoire
d'aérologie de Toulouse lors d'une interview accordée au journal
du CNRS.

Des orages venant de l'Atlantique pompent l'énergie emmagasinée
par l'eau ; ce qui a pour résultat d'évaporer cette masse d'eau
chaude et de la transformer en nuages dans les hautes sphères. Une dépression,
une zone de basse pression atmosphérique, se produit et aspire l'air aux
alentours. "La rotation de la Terre fait tourner ces nuages et au fur et
à mesure que la tempête grossit, un centre calme, un œil,
se crée et s'entoure d'un immense anneau de nuages où soufflent
des vents violents" explique Frank Roux.
Assujettis aux vents d'ouest
venant de l'Atlantique, à savoir les vents dominants, les ouragans
se dirigent systématiquement vers Cuba, Haïti et le sud des Etats-Unis.

Etude au coeur de la tourmenteLe seul moyen de
prévenir ces cyclones est de les étudier sous toutes les coutures
afin de percer leur mécanisme et mode de fonctionnement. Il est impossible
d'empêcher la formation d'un tel phénomène, mais prévoir
suffisamment tôt leur force et leur destination permet d'alerter au plus
vite les zones concernées.

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	Le WC-130 est un avion capable de se rendre a cœur des cyclones.

Pour étudier les cyclones, il faut se confronter à la
bête et l'observer au plus près. Les scientifiques ont mis au point
des radars Doppler capables d'enregistrer la vitesse des vents avec une
grande précision. Quant aux Américains, des casse-cous n'hésitent
pas à pénétrer le cœur de cette furie grâce à
des avions spécialisés tels que le WC-130. Le voyage n'est
pas de tout repos car l'équipage, constitué de 6 personnes, se fait
chahuter par des vents soufflant en moyenne à 300 kilomètres
/heure. A son bord, de nombreux instruments de mesure permettent de relever
la température extérieure, le point de rosée, la pression
atmosphérique, les turbulences, la nature des nuages….

L'appareil
largue également des sondes, les drop sondes, qui sont des ballons
descendant jusqu'à la surface de la mer, sans parachute. Leur rôle :
enregistrer les paramètres des différentes couches atmosphériques
traversées. Toutes les données récoltées sont transmises
par satellite au National Hurricane Center (NHC) qui surveille les zones
Caraïbes et sud américaine.
Vision globale
par satelliteLes informations obtenues in situ par les radars et
les avions permettent d'élaborer des modèles de simulations et ainsi
de déterminer la progression du cyclone et sa trajectoire. Mais ces modélisations
réclament des heures de calculs d'où l'importance d'avoir à
portée de mains un supercalculateur car "il divise par cinq le temps
de calcul" affirme le Professeur Roux.
Depuis la naissance des satellites
comme Météosat, les scientifiques peuvent observer à
distance l'évolution de l'ouragan et prévoir l'intensité
du phénomène.
En
savoir plus


Des
éléments naturels incontrôlables


La Terre nous
fait savoir qu'elle est loin d'être aussi paisible qu'elle n'y paraît.
Sous forme de phénomènes géologiques et météorologiques
puissants et destructeurs, la Nature fait savoir à l'homme qu'il n'est
pas en terrain conquis et qu'il ne peut pas contrôler les éléments.



Le
tsunami qui a suivi le tremblement de terre le 24 décembre 2004 ou le séisme
qui a secoué le nord du Pakistan le 8 octobre 2005 ou encore le cyclone
Katrina comptent des centaines de milliers de victimes, des désastres écologiques
importants et des dégâts économiques dont le montant s'élève
à des milliards de dollars.

Pour se protéger, l'homme développe
des technologies de plus en plus perfectionnées : radars, satellites, modélisations
mathématiques… Et il est indéniable que sans ces progrès,
le bilan serait beaucoup plus lourd. Il n'empêche que les scientifiques
peinent encore à percer tous les mystères de notre planète
bleue.