Un tsunami, ce n'est pas une vague ordinaire
― Impossible de le distancer à pied
Sur la plage, les vagues vont et viennent dans un clapotis régulier. On croit souvent qu'un tsunami est simplement une très grosse vague de ce genre. Pourtant, ce sont deux phénomènes bien distincts, et leur vitesse comme leur façon de déplacer l'eau n'ont rien à voir. « Si la mer se retire, je aurai le temps de courir » : dès qu'on fait le calcul de la vitesse, cette idée ne tient plus.
Les vagues ordinaires, créées par le vent, ne font bouger que l'eau proche de la surface. Quelques mètres plus bas, l'eau reste presque immobile. Voilà pourquoi un bateau, un peu au large, ressent peu les vagues.
Un tsunami, c'est tout autre chose. De la surface jusqu'au fond, toute la colonne d'eau se déplace d'un seul bloc. Même par 4000 m de fond, quand un tsunami passe, l'eau proche du fond bouge aussi.
Cette différence explique la différence de vitesse. Et un tsunami va bien plus vite qu'on ne l'imagine.
« Attendre de voir la mer se retirer » ou « courir pour s'en sortir » : ces idées sont dangereuses. Vérifions-le par le calcul.
Pour une vague ordinaire, la vitesse dépend de la longueur d'onde ; pour un tsunami, de la profondeur. Plus c'est profond, plus il va vite.
Dans un océan profond comme le Pacifique : de l'ordre de 700 km/h. Même dans les petits fonds près du rivage, il va plus vite qu'un humain qui court.
« Attendre de voir pour fuir » n'est pas une option face à une telle vitesse. Reprenons pas à pas.
Vague ordinaire : « une agitation de surface » ; tsunami : « un déplacement de l'eau elle-même »
Quand le vent effleure la mer, l'eau décrit des cercles, de haut en bas et d'avant en arrière. Mais ce mouvement s'affaiblit très vite avec la profondeur. Il ne descend guère plus bas que la longueur d'onde (la distance entre deux crêtes). Les vagues ordinaires font quelques dizaines à quelques centaines de mètres de long ; si l'eau est plus profonde, le fond n'en ressent presque rien.
Un tsunami, lui, est différent. Sa longueur d'onde atteint plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilomètres, un ordre de grandeur en plus. Même comparée à la profondeur moyenne du Pacifique (environ 4000 m), la longueur d'onde du tsunami est bien plus grande.
Quand la longueur d'onde dépasse largement la profondeur, la vague se comporte non comme « une agitation de surface », mais comme « le déplacement de toute la colonne d'eau ». On parle d'onde en eau peu profonde. Même au beau milieu du Pacifique, pour un tsunami, l'eau est « peu profonde ».
Un tsunami, c'est la mer elle-même qui avance sur la terre.
Ce qui fixe la vitesse : non la longueur d'onde, mais la « profondeur »
Voilà la différence décisive avec les vagues ordinaires. Une vague ordinaire en eau profonde va d'autant plus vite que sa longueur d'onde est grande. Mais pour un tsunami, qui se comporte en onde d'eau peu profonde, la vitesse ne dépend pas de la longueur d'onde : elle ne dépend que de la profondeur.
Plus c'est profond, plus c'est rapide ; moins c'est profond, plus c'est lent. La profondeur de la mer joue le rôle d'un compteur de vitesse. Un tsunami qui traverse le Pacifique change de vitesse selon les endroits, parce que la profondeur change tout au long de son trajet.
Et quand on met de vrais chiffres dans cette formule, on découvre une vitesse hors du commun. Le calcul détaillé se trouve dans le volet repliable final, mais au large, en eau profonde, c'est la vitesse d'un avion de ligne ; même près du bord, en eau peu profonde, c'est plus vite qu'un humain lancé en sprint.
Avant un tsunami, la mer se retire parfois vers le large. Mais ce n'est pas systématique : la première vague peut aussi arriver sans aucun signe.
Même si vous voyez la mer se retirer, courir ensuite vers les hauteurs a de fortes chances d'être trop tard, d'après le calcul. Il ne faut pas « attendre de voir » : dès que vous sentez la secousse ou que l'alerte est donnée, évacuez immédiatement. C'est ce que recommandent les autorités.
Pourquoi la vague grandit-elle en approchant de la côte ?
Au large, un tsunami ne mesure souvent que quelques dizaines de centimètres à 1 m, et on ne le remarque parfois même pas depuis un bateau. Mais en approchant de la terre, la hauteur de la vague augmente sans cesse.
Une des raisons tient au fait que la vitesse diminue. L'énergie transportée par le tsunami ne change guère. Quand l'eau devient moins profonde et que la vitesse baisse, la hauteur augmente pour conserver cette énergie (le calcul détaillé est dans le volet repliable).
De plus, dans une baie ou un golfe étroit, les vagues venues des deux côtés se concentrent en un point, et la hauteur dépasse ce que donne un calcul simple. C'est pourquoi les grands tsunamis du passé ont laissé des traces de dégâts particulièrement forts au fond des baies.
Trois choses à retenir dès maintenant
- Forte secousse ou secousse prolongée : gagnez les hauteurs sans attendre l'alerteSi vous êtes près de la côte ou d'une rivière et que vous sentez une forte secousse, ou même une faible secousse qui dure, c'est en soi le signal d'évacuer. Si une alerte tsunami ou grand tsunami est émise, gagnez immédiatement un lieu élevé.
- À pied, plus haut, plus loinÉvacuer en voiture provoque des embouteillages et peut devenir plus dangereux, dit-on. Privilégiez la marche, et visez sans hésiter un lieu plus élevé : colline proche, bâtiment d'évacuation, etc.
- Ne revenez jamais avant la levée de l'alerteUn tsunami ne se limite pas toujours à une seule vague : il revient plusieurs fois, et la première n'est pas forcément la plus grande. Même si tout « semble calmé », ne revenez pas de votre propre chef : restez en hauteur jusqu'à l'annonce officielle de la fin de l'alerte.
Un tsunami peut remonter une rivière depuis son embouchure et atteindre l'intérieur des terres. Certains endroits éloignés de la côte ne sont pas pour autant à l'abri.
Nous vous conseillons de consulter la carte des risques de votre commune : repérez à l'avance les zones inondables, y compris le long des rivières, et les lieux d'évacuation.
À vérifier soi-même (avec de l'eau et une maquette, sans feu)
- Remplissez un grand plat (ou une bassine) d'eau sur 3 à 4 cm de profondeur
- D'un côté, posez au fond un livre ou une planche pour réduire la profondeur de moitié environ
- Poussez doucement, une seule fois, avec la paume à l'autre extrémité, pour créer une seule vague
- Suivez des yeux la différence de vitesse entre la partie profonde et la partie peu profonde
- Vous devriez voir la vague ralentir (et grossir) dans la partie peu profonde
Les étapes 4 et 5 sont le cœur de l'expérience. Vous constatez par vous-même que la vitesse d'une vague change avec la profondeur. C'est une propriété des ondes en eau peu profonde, visible même dans un plat de cuisine, et les vrais tsunamis en sont le prolongement. Faites-le dehors ou près d'un point d'eau pour éviter les éclaboussures.
En résumé
Un tsunami diffère d'une vague ordinaire parce que non seulement la surface, mais toute la colonne d'eau jusqu'au fond se déplace d'un bloc. Pour cette raison, sa vitesse dépend de la profondeur et non de la longueur d'onde : celle d'un jet au large, et encore supérieure à un sprint humain près de la côte. Le temps de « voir puis fuir » n'existe presque pas.
Un tsunami n'est pas une grosse vague.
C'est la mer elle-même qui se met en mouvement.
La propriété vue ici, « moins il y a de fond, plus la vague ralentit », explique aussi pourquoi les vagues arrivent toujours parallèles à la côte. Nous l'expliquons en détail dans cet article.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, chiffres et lien avec les manuelsDu collège à la recherche en cours : le niveau de chaque passage est indiqué
- CollègeCe qu'on apprend en sciences au collège
- LycéeCe qu'on voit en lycée (bases de physique, bases de sciences de la Terre)
- Lycée+Physique ou sciences de la Terre approfondies au lycée, ou contenu de manuel en encadré ou approfondissement
- Univ.Matière spécialisée d'université, non vue au lycée (physique océanique)
- RechercheSujets que les chercheurs étudient encore, même pas enseignés comme acquis à l'université
CollègeVocabulaire : les mots du tsunami
- Longueur d'onde : distance entre une crête et la suivante.
- Onde en eau peu profonde : onde dont la longueur d'onde dépasse largement la profondeur, et où toute la colonne d'eau bouge. Le tsunami du texte en est une.
- Remontée (run-up) : progression du tsunami sur la terre ou en remontant les rivières.
- Alerte tsunami / grand tsunami : alerte émise par l'Agence météorologique japonaise selon la hauteur prévue du tsunami.
- Carte des risques : carte indiquant les zones inondables prévues et les lieux d'évacuation. Elle est établie et publiée par les collectivités.
LycéeVérifier par la formule : peut-on vraiment fuir un tsunami en courant ?
Le texte dit que « la vitesse dépend de la profondeur ». Avec cette formule, calculons la vitesse réelle.
vitesse ＝ √(accélération de la pesanteur × profondeur)
| Vitesse | en m/s |
| Accélération de la pesanteur | 9,8 m/s² |
| Profondeur | en m |
| √ | racine carrée (valeur qui, élevée au carré, donne ce nombre) |
C'est la formule de la vitesse d'une onde en eau peu profonde ; elle ne dépend ni de la longueur d'onde ni de la hauteur. Seule la profondeur y figure. D'où la conclusion « plus c'est profond, plus c'est rapide », contraire à l'intuition tirée des vagues ordinaires.
| Profondeur moyenne du Pacifique | on prend environ 4000 m |
| Calcul sous la racine | 9,8 × 4000 ＝ 39200 |
| Recherche de la racine | 198 × 198 ＝ 39204, donc environ 198 |
| Vitesse | environ 198 m/s |
| Conversion en km/h | 198 × 3,6 ≒ 713 km/h |
Environ 713 km/h. C'est proche de la vitesse de croisière d'un avion de ligne (de l'ordre de 800 à 900 km/h). C'est pourquoi un tsunami peut traverser le Pacifique et atteindre l'autre rive en une demi-journée environ.
| Mer peu profonde près du bord | on prend 10 m de profondeur |
| Calcul sous la racine | 9,8 × 10 ＝ 98 |
| Recherche de la racine | 9,9 × 9,9 ≒ 98, donc environ 9,9 |
| Vitesse | environ 9,9 m/s |
| Conversion en km/h | 9,9 × 3,6 ≒ 35,6 km/h |
Dix mètres de fond, c'est déjà tout près de la plage. Et pourtant : 35,6 km/h.
Un humain lancé à pleine vitesse atteint environ 20 à 25 km/h en sprint, et bien moins sur une longue distance. Même un tsunami arrivé en eau peu profonde dépasse un sprint humain.
C'est de ce calcul que vient l'idée qu'on n'a pas le temps de « voir la mer se retirer puis de courir ». Quand on voit la vague, on ne peut déjà plus la distancer.
※ La profondeur réelle varie beaucoup d'un endroit à l'autre, et le relief du fond modifie aussi la vitesse. Ce calcul ne sert qu'à saisir l'ordre de grandeur.
On utilise souvent l'approximation selon laquelle l'énergie transportée par la vague reste à peu près constante quand la profondeur change. La perte de vitesse est compensée par un gain de hauteur.
rapport des hauteurs ≈ (profondeur initiale ÷ profondeur finale) à la puissance 1/4
| Profondeur au large | 4000 m |
| Profondeur près du bord | 10 m |
| Rapport des profondeurs | 4000 ÷ 10 ＝ 400 |
| Racine carrée de 400 | 20 × 20 ＝ 400, donc 20 |
| Racine carrée de 20 (＝ racine quatrième de 400) | 4,47 × 4,47 ≒ 20, donc environ 4,47 |
| Hauteur multipliée par environ | environ 4,5 |
Un tsunami de 50 cm au large atteint, par ce seul calcul simple, plus de 2 m. Et ce n'est qu'une estimation pour une côte plane. En réalité, on sait que la forme des baies et des golfes peut amplifier encore beaucoup plus.
※ Cette relation est simplifiée : elle suppose un fond qui varie en douceur. Les côtes et les fonds réels sont bien plus complexes ; certains endroits dépassent ce calcul simple, d'autres au contraire atténuent la vague.
Lycée+Pour les vagues ordinaires, la vitesse se fixe à l'inverse d'un tsunami
Pour une vague de vent ordinaire en eau profonde (profondeur bien supérieure à la longueur d'onde), la vitesse dépend de la longueur d'onde et presque pas de la profondeur. Plus la longueur d'onde est grande, plus la vague va vite.
À l'inverse, pour un tsunami (onde en eau peu profonde), la vitesse ne dépend que de la profondeur, pas de la longueur d'onde. Les deux formules n'ont ni la même forme ni les mêmes variables. Même si l'on parle de « vagues » dans les deux cas, ce sont des phénomènes physiques distincts.
Cette différence vient de la profondeur jusqu'où le mouvement de l'eau se fait sentir. Pour une vague ordinaire, il n'atteint qu'environ la moitié de la longueur d'onde, et l'eau plus profonde n'y participe pas. Pour un tsunami, la longueur d'onde dépasse largement la profondeur, donc toute l'eau jusqu'au fond participe au mouvement. Cette « différence de quantité d'eau en mouvement » est à l'origine de la façon dont la vitesse est fixée.
Univ.Les observations au large déterminent la précision des alertes
La hauteur d'un tsunami dépend de nombreux facteurs : position et magnitude du séisme, relief du fond, etc. Avec les informations limitées dont on dispose juste après l'événement, prévoir la hauteur exacte n'est pas simple.
C'est pourquoi on utilise des capteurs de pression posés au fond de la mer et des observations de la surface par GPS pour saisir directement le tsunami en propagation. Ces données servent à mettre à jour la première prévision et à publier une information plus précise.
Mais il faut aussi du temps pour aller du point d'observation au large jusqu'à la terre : un décalage entre observation et annonce est inévitable. Comme le montrent les calculs ② et ③, la vitesse du tsunami est si grande que ce décalage se traduit directement par un temps d'évacuation très court.
RechercheCe qui reste flou
- Prévoir précisément à l'avance l'ampleur de l'amplification dans les baies et les golfes reste un défi. Côtes et fonds complexes s'entremêlent ; on continue d'améliorer la précision des simulations, mais reproduire fidèlement tout le relief réel n'est pas facile.
- Les méthodes pour prédire immédiatement et précisément la hauteur d'un tsunami à partir de la magnitude du séisme sont encore en développement. Avec les données limitées du tout début, l'incertitude demeure.
- Pour les tsunamis causés par des glissements de terrain sous-marins ou l'activité volcanique, les systèmes de prévision et d'alerte seraient encore insuffisants comparés à ceux des séismes. L'estimation du trajet depuis la source et de l'ampleur pose des difficultés différentes de celles des séismes.
- La recherche, en psychologie et en sciences sociales, sur la façon de transformer « l'évacuation précoce » en comportement réel se poursuit. Même avec une prévision physique exacte, savoir si elle se traduit en évacuation effective est un autre problème.
La formule de base de la vitesse d'un tsunami est connue depuis plus de 100 ans. Pourtant, dire à l'avance avec exactitude où et de combien la vague va monter reste difficile. Une formule simple ne rend pas la prévision simple.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : propriétés des ondes / séismes et tsunamis | Longueur d'onde, propriétés de base du tsunami |
| Lycée | Bases de physique : propriétés des ondes | Calcul avec vitesse ＝ √(gh) |
| Lycée | Bases de sciences de la Terre : océans et tsunamis | Fonctionnement des alertes, principes d'évacuation |
| Lycée+ | Physique : ondes | Vitesse fixée différemment pour ondes en eau profonde et peu profonde |
| Univ. | Physique océanique, géophysique | Observation au large et mise à jour des alertes, mécanisme d'amplification |
| Recherche | Science des tsunamis (non résolu) | Prévision de l'amplification en baie, tsunamis par glissement, comportement d'évacuation |
| ― | Prévention des catastrophes | Principes d'évacuation, cartes des risques, danger le long des rivières |
- Documents explicatifs de l'Agence météorologique japonaise (気象庁) sur les alertes et avis de tsunami et sur le mécanisme de formation des tsunamis.
- Lignes directrices et rapports sur l'évacuation en cas de tsunami, du Cabinet Office (内閣府, prévention des catastrophes).
- Satake, K., Tsunamis (synthèse sur la physique des tsunamis, dans Encyclopedia of Solid Earth Geophysics).
- Documents explicatifs sur l'élaboration des cartes de risques tsunami, du ministère du Territoire, des Infrastructures, des Transports et du Tourisme (国土交通省) et de l'Agence météorologique japonaise (気象庁).
- Synolakis, C. E. & Bernard, E. N., Tsunami science before and beyond Boxing Day 2004, Philosophical Transactions of the Royal Society A 364, 2006.
※ Les valeurs de vitesse et de hauteur sont des repères représentatifs, fondés sur des profondeurs moyennes. Elles varient beaucoup selon la zone maritime et le relief.
※ Cet article est une explication scientifique grand public. En cas de tsunami, suivez les alertes et avis de l'Agence météorologique japonaise ainsi que les consignes de votre commune et de son plan d'évacuation. Les valeurs indiquées servent à comprendre le mécanisme ; la vitesse et la hauteur réelles d'un tsunami varient beaucoup selon le relief et les conditions.