En juillet 2025, un séisme de magnitude 8,8 au large de la péninsule russe du Kamtchatka a déclenché un tsunami aux vagues filant à plus de 644 km/h. Pour la première fois, des scientifiques ont pu suivre cette catastrophe naturelle en temps réel grâce à un système révolutionnaire baptisé Guardian, développé par la Nasa. Ce dispositif détecte les ondulations créées dans la haute atmosphère par le mouvement massif des eaux océaniques, offrant ainsi de précieuses minutes d’avance sur l’arrivée des vagues.
Un séisme majeur et une réponse technologique inédite
Le 21 juillet 2025, le séisme le plus puissant depuis près de 15 ans a frappé l’extrême est de la Russie, provoquant un tsunami qui a entraîné l’évacuation de millions de personnes autour de l’océan Pacifique, dont au moins deux millions rien qu’au Japon. Par un heureux hasard, la veille de l’événement, la Nasa avait intégré une composante d’intelligence artificielle à son système d’alerte Guardian, lui permettant de signaler automatiquement les catastrophes majeures. Environ 20 minutes après le séisme, les scientifiques savaient que des vagues se dirigeaient vers Hawaï, soit 30 à 40 minutes avant leur arrivée effective. Heureusement, les craintes de dégâts massifs ne se sont pas concrétisées : les vagues atteignant Hawaï mesuraient jusqu’à 1,7 mètre de haut et n’ont causé que des inondations mineures sans dommages graves. La majeure partie de l’énergie du tsunami s’est dissipée en pleine mer, tandis que les vagues les plus importantes ont frappé des zones inhabitées.
Ce système repose sur une idée qui, de l’aveu même de Jeffrey Anderson, scientifique des données au Centre national américain de recherche atmosphérique ayant participé au développement de Guardian, sonnait « un peu fou » lorsqu’il en a entendu parler pour la première fois. Le principe consiste à écouter les signaux radio utilisés par les satellites de navigation en orbite lorsqu’ils communiquent avec les stations au sol. Cette approche peut même détecter des éruptions volcaniques, des lancements de fusées et des essais nucléaires souterrains. Anderson souligne que le système a permis de confirmer en temps quasi réel la présence du tsunami, une première mondiale pour cette technologie.
Quand l’océan fait vibrer l’atmosphère
La capacité des signaux satellites à enregistrer un tsunami s’explique par le mouvement vertical de la mer. Lorsqu’un tsunami se forme en pleine mer, ses vagues peuvent n’être hautes que de 10 à 50 centimètres. Comme l’explique Yue Cynthia Wu, chercheuse en ingénierie marine à l’université du Michigan, il est « presque invisible lorsqu’il se déplace en pleine mer ». Pourtant, cette ondulation se produit à une échelle gigantesque, déplaçant d’énormes quantités d’eau simultanément. Ce mouvement perturbe l’air au-dessus et crée des ondulations dans la couche de particules chargées formant l’ionosphère, située entre 50 et 300 kilomètres d’altitude. Ces ondulations modifient le nombre d’électrons présents dans certaines parties de l’ionosphère.
Michael Hickey, professeur émérite de physique à l’université aéronautique Embry-Riddle en Floride, décrit le phénomène simplement : « Vous avez des réactions ioniques, vous changez les températures, ça se détraque ». Les satellites de navigation utilisent deux fréquences pour communiquer avec les stations terrestres, et les augmentations du nombre d’électrons dans l’ionosphère peuvent provoquer des retards inhabituels dans le temps d’arrivée de ces signaux. En mesurant ces retards, des systèmes comme Guardian peuvent détecter les anomalies ionosphériques. Les ingénieurs GPS connaissaient déjà ces perturbations, considérées comme du « bruit » qu’ils devaient compenser pour maintenir la précision des systèmes de navigation. Mais ce sont les scientifiques spécialisés dans l’étude de la Terre qui ont réalisé que ce bruit pouvait servir à détecter les tsunamis.
Des précédents prometteurs et des applications multiples
L’idée d’utiliser les signaux radio entre récepteurs au sol et satellites pour la détection de tsunamis en temps quasi réel existe depuis des décennies. Quelques articles académiques des années 1970 discutaient d’un tel système en principe, mais ce n’est que dans les années 2020 qu’il est devenu réalité avec l’arrivée de Guardian. En 2022, Anderson et des auteurs du Jet Propulsion Laboratory de la Nasa en Californie ont publié une étude introduisant les détails clés du système. Ces dernières années, les chercheurs ont pu observer les empreintes de tsunamis et de volcans dans les données de l’ionosphère. Hickey et ses collègues ont étudié rétrospectivement l’impact du séisme de magnitude 9,1 qui a frappé le nord-est du Japon en 2011 et déclenché un tsunami. Ils ont pu visualiser d’énormes ondulations se propageant vers l’extérieur dans l’ionosphère au-dessus du Japon grâce aux données sur le nombre d’électrons.
L’énorme éruption volcanique aux Tonga en 2022 a également laissé une empreinte significative sur l’ionosphère, que les scientifiques ont ensuite analysée en détail. La technologie s’applique aussi à d’autres phénomènes que les séismes et volcans, notamment les explosions nucléaires. Les ondulations ionosphériques ont par exemple aidé à confirmer que des essais nucléaires souterrains avaient été réalisés par la Corée du Nord en 2009. Jusqu’à présent, les réseaux de surveillance des tsunamis s’appuyaient sur des sismomètres analysant les tremblements de terre mondiaux et sur des bouées océaniques détectant les changements soudains de hauteur des vagues. Mais ces instruments ne fournissent pas une image aussi complète ou immédiate que les données de l’ionosphère.
Des limites mais un potentiel salvateur
Harold Tobin, sismologue à l’université de Washington, estime que « les minutes comptent vraiment pour l’évacuation en cas de tsunami, donc les détections précoces de Guardian me semblent être une avancée vraiment importante pour la sécurité ». Anderson ajoute que surveiller l’ionosphère plutôt que les seuls sismomètres pourrait faciliter la détection des tsunamis déclenchés par des événements comme les glissements de terrain. Bientôt, Guardian pourrait ne plus être le seul outil de ce type. Elvira Astafyeva, chercheuse senior en géophysique et sciences spatiales à l’Institut de physique planétaire de Paris, indique : « En Europe, nous développons notre propre système ». Elle et ses collègues espèrent tester leur système européen dans les années à venir, qui pourrait surveiller de vastes zones, notamment l’océan Indien où la France possède des territoires.
Cependant, des limitations subsistent. Diego Melgar, expert en séismes et systèmes d’alerte précoce à l’université de l’Oregon, souligne que l’ionosphère met plusieurs minutes à réagir à un tsunami. Pour les communautés proches de l’épicentre, ce délai reste trop long. Mais les grandes vagues de tsunami peuvent traverser des bassins océaniques entiers. Après le tsunami du 26 décembre 2004 qui a dévasté les côtes de l’océan Indien et fait environ 228 000 morts, il a fallu jusqu’à deux heures pour que les vagues atteignent le Sri Lanka depuis l’épicentre du séisme au large de l’Indonésie, et sept heures avant qu’elles ne frappent la côte est (la destination n’est pas précisée dans la source). Des systèmes comme Guardian pourraient fournir des avertissements cruciaux à ces communautés plus éloignées en cas de vagues similaires.
Un avenir encore plus précis
Le système Guardian est loin d’être terminé. Anderson explique que de futures améliorations lui permettront de prédire le comportement des vagues se déplaçant à travers l’océan. « Cela vous permettrait de faire non seulement une détection automatisée, mais aussi une prévision automatisée de ce que le tsunami va faire ensuite », précise-t-il. Toutes les 10 minutes environ, pendant la croissance du tsunami, un tel système pourrait automatiquement produire des prédictions sur la taille finale des vagues, l’endroit où elles frapperont terre et le moment précis de leur arrivée.
Pour aller plus loin : bbc.com
