Lettre du Plan Séisme - 2e trimestre 2014, Dossier : Séismes vus du ciel

Dossier : Séismes vus du cielDossier : Séismes vus du ciel

Observer les séismes depuis l’espace

La Terre tremble. En quelques minutes, ce 12 janvier 2010, des milliers de bâtiments s’écroulent à Haïti. Pour dégager les survivants des décombres, il faut agir vite. Une vue d’ensemble est nécessaire pour savoir quelles sont les infrastructures endommagées, quelles routes sont praticables, où passer, quels sont les quartiers les plus durement touchés, où sont les points d’eau accessibles, etc. Les satellites qui scrutent la planète depuis l’espace sont appelés à la rescousse.

Les séismes vus du ciel par Eric Appéré
Les séismes vus du ciel par Eric Appéré
Source : E. Appéré pour planseisme.fr

Comme pour la plupart des séismes importants, la charte internationale « espace et catastrophes majeures » est actionnée. Créée en 1999 à l’initiative des agences spatiales européenne (ESA) et française (CNES), cette charte rassemble aujourd’hui 15 membres. Son objectif ? Fournir gratuitement aux organismes autorisés, comme la protection civile par exemple, des images satellites, lorsqu’une catastrophe d’origine naturelle ou humaine survient. Depuis son démarrage opérationnel en 2000, cette charte internationale a été activée à 407 reprises dont 46 pour des séismes.

Si nécessaire, les agences spatiales peuvent être amenées à modifier la trajectoire de leurs satellites afin de faire pointer leurs yeux sur la zone concernée. Et en quelques heures à peine, des services de cartographie rapide sont mobilisés pour réaliser une série de cartes sur lesquelles pourront s’appuyer les services de secours. « Avant de recevoir les images liées à la crise, nous faisons des cartes de référence avec les informations basiques dont nous disposons grâce aux précédents passages des différents satellites », explique Claire Huber, ingénieure d’étude spécialisée en traitement d’images au SERTIT (SErvice Régional de Traitement d’Image et de Télédétection).

Cela permet d’avoir un état zéro de la situation en termes d’infrastructures, de réseaux routier, ferré, hydrographique, etc., en particulier dans les zones reculées où il n’existe pas de cartes de type IGN mises à jour régulièrement. Le SERTIT est en effet en mesure d’exploiter les données issues de la vingtaine de satellites d’observation de la Terre des agences spatiales européennes, américaines ou japonaises notamment, et ce, quels que soient leur résolution ou le type de capteurs, radar, optique ou infrarouge disponibles.

Une fois que les premières données post-séismes arrivent dans le service de cartographie rapide mobilisé, différents documents peuvent être produits, en concertation avec les services autorisés. « On ne fait pas toujours les mêmes cartes, le choix des produits que nous réalisons est le fruit d’un échange avec les utilisateurs finaux », confirme Carlos Uribe, ingénieur d’étude spécialisé en traitement d’images au SERTIT.

C’est cet organisme, installé à Strasbourg, qui a été mobilisé lors du tremblement de Terre   haïtien de magnitude   7.1. « Le SERTIT intervient en priorité lorsque la demande de déclenchement de la charte provient de France, ou lorsque le CNES est désigné ‘project manager’ », rappelle Carlos Uribe. La mission de la charte prend fin lorsque la notion d’urgence n’est plus jugée pertinente. Alors, les images acquises par les satellites des différentes agences spatiales redeviennent payantes et sont à commander dans le cadre de projets bien spécifiques.

Des drones de terrain

Si elles permettent de se faire une bonne idée des zones impactées, les cartes issues d’images satellites ne sont cependant pas toujours suffisantes sur le terrain. Il est parfois nécessaire d’avoir des informations en temps réels pour affiner les opérations de sauvetage. C’est pourquoi, l’armée chinoise par exemple, utilise de petits engins volants munis de caméra. En France, l’association « pompiers de l’urgence internationale » (PUI?) a mis au point son propre drone. « C’est un moyen complémentaire de localisation des victimes ensevelies et cela permet de guider les équipes », explique le colonel Philippe Besson, président de l’association.

Drone conçu par l'association PUI pour la reconnaissance des zones sinistrées par les séismes
Drone conçu par l’association PUI pour la reconnaissance des zones sinistrées par les séismes
Source : PUI?

« Quand on est au pied d’un immeuble effondré, il n’est pas toujours évident d’imaginer comment était la structure au départ, poursuit le pompier, une vue aérienne peut nous aider. » En outre, un peu de recul permet de repérer les zones potentiellement dangereuses mais invisibles pour le personnel de secours progressant au sol, comme une crevasse profonde derrière un obstacle ou un mur menaçant de s’effondrer.

L’engin de 50 centimètres de diamètre pour 2 kg environ, est équipé d’un système de communication radio, d’un GPS et d’une caméra de type « Gopro » placée sous son « ventre ». Il est doté de six moteurs branchés sur batteries rechargeables lui garantissant une autonomie de 15 à 20 minutes. « Il nous faut moins d’une minute pour changer de batteries ; nous disposons de nombreuses recharges, l’autonomie n’est donc pas une limite », précise Philippe Besson.

Le drone est piloté par un opérateur depuis une sorte de petit écran : c’est le pupitre de commande. « On peut le relier à un second écran de sorte qu’un autre opérateur puisse être entièrement dédié à l’analyse des images », poursuit le colonel. Le pilotage de l’engin demande en effet une certaine concentration et a nécessité un apprentissage sur simulateur. A terme, ce drone pourra être équipé de divers capteurs comme un outil de détection de gaz par exemple. Disponible depuis septembre 2013, le drone mis au point avec l’aide d’un bénévole spécialiste du modélisme, n’a pas encore été employé en conditions réelles.

L’espace au service de la Science

Au-delà de l’aide à la gestion de crise, les données récoltées depuis le ciel et l’espace permettent de faire avancer la connaissance. Une image satellite peut être exploitée pour extraire la topographie d’une zone par exemple et permettre de construire des modèles numériques de terrain précis. Elle contribue ainsi à la réalisation de cartes d’aléas ou à l’étude de la vulnérabilité   des bâtiments en repérant leur hauteur ou la distance qui les séparent. Et ce n’est pas tout.

En observant la Terre depuis l’espace, les chercheurs tentent de comprendre les mécanismes à l’origine des mouvements du sol. A l’aide de méthodes de télédétection, les données optiques, infrarouges ou radars peuvent révéler la position de failles actives en profondeur en couplant ces observations avec de la modélisation numérique.

Depuis la parution de l’article « The displacement field of the Landers earthquake mapped by radar interferometry » de Didier Massonnet et al., dans la célèbre revue à comité de lecture Nature en 1993, les méthodes de télédétection sont de plus en plus utilisées.

C’est à l’issue du séisme   de Landers aux Etats-Unis, survenu un an plus tôt, que les auteurs ont, pour la première fois, utilisé l’interférométrie radar pour mesurer un champ de déplacement et en construire une image.

Cette technique, appelée inSAR (radar à synthèse d’ouverture interférométrique) consiste à calculer la différence de phase entre les signaux radars envoyés au sol par le capteur à bord du satellite, avant et après un tremblement de Terre  . « Cette différence de phase est proportionnelle au déplacement du sol », explique Marcello de Michele, spécialiste en télédétection au BRGM?

Une deuxième méthode dite de « corrélation d’images » utilise des données optiques comme celles qui sont acquises par les satellites SPOT. Là, c’est la différence de position entre un pixel avant et après le séisme  , qui est mesurée. Cette technique, utilisée avec des images du satellite Landsat 8, a permis de mettre en évidence un décalage de plus de 10 mètres en surface, produit par le séisme   de septembre 2013 au Pakistan (étude BRGM/IPGP? en cours). Cette approche permet d’obtenir une cartographie fine et exhaustive sur toute la longueur d’une faille   de plus de 100 km, et ainsi de mieux caractériser le comportement mécanique de la rupture.

Déplacement généré par le séisme italien de l'Aquila du 6 avril 2009 mesuré par interférométrie radar et identification de la faille responsable du séisme
Déplacement généré par le séisme italien de l’Aquila du 6 avril 2009 mesuré par interférométrie radar et identification de la faille responsable du séisme
Source : BRGM?/ENS?

Pourquoi décider d’utiliser une méthode plutôt qu’une autre ? C’est souvent la disponibilité des données qui fait office de choix, car tous les satellites n’ont pas embarqué les mêmes capteurs à leur bord. « Ces deux méthodes sont complémentaires, remarque cependant Marcello de Michele, et si l’on couple les deux on peut reconstituer un déplacement en 3D. »

Ces techniques utilisant des données satellites sont particulièrement pertinentes lorsqu’une mission de terrain est difficilement envisageable, en particulier dans les zones de conflit ou dans celles où des reliques de guerres passées, comme des mines, sont encore présentes. C’est le cas notamment au Mozambique, où le séisme   de février 2006 n’a pas fait de victimes mais présentait un intérêt scientifique car situé à l’extrémité sud du rift africain.

Ces méthodes sont également utiles lorsqu’il n’y a pas d’instrumentation au sol de type GPS. A Haïti, les rares points GPS dans le secteur n’étaient pas suffisants pour obtenir une image exhaustive du sous-sol et comprendre le phénomène. Grâce à l’interférométrie radar, l’université de Purdue aux Etats-Unis a mis en évidence que la faille   à l’origine du séisme   avait affleuré en mer. Cette faille   qui a rompu en 2010 n’était donc pas celle que l’on soupçonnait initialement.

De la même manière, une collaboration entre l’École normale supérieure, le BRGM, l’Institut de physique du globe de Paris et le laboratoire grenoblois ISTerre? a permis de mieux appréhender la tectonique de la zone vierge de toute instrumentation à proximité de la faille  , où s’est produit le séisme   de mai 2008 au Sichuan en Chine. « Nous avons observé qu’une partie de la rupture sismique s’est produite en profondeur », raconte Marcello de Michele. Dans tous les cas, c’est une meilleure compréhension des phénomènes qui est en jeu.

L’Europe a bien pris conscience de l’utilité de ces méthodes, au point d’y consacrer un programme entier. L’ESA vient en effet de mettre en orbite le premier satellite de sa constellation Sentinelle, doté de deux capteurs radar à synthèse d’ouverture, dont l’un des objectifs est de surveiller les zones tectoniques actives.

Pour aller plus loin

planseisme picto 17 pointi - Site internet du SERTIT - Satellites SPOT du CNES , et pour les plus jeunes
- Satellites Sentinelle , et pour les plus jeunes
-Résumé de l’article de Didier Massonet et al.