Tsunamis : nouveaux mécanismes révélés par l’explosion du Hunga Tonga en janvier dernier

L'éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha'apai le 15 janvier 2022 a été la plus grande éruption volcanique du XXIe siècle, le dernier évènement comparable remontant à l’éruption du Krakatoa en 1883. Elle s’est accompagnée de la plus grande explosion jamais enregistrée dans l'atmosphère, avec une puissance équivalant à plusieurs centaines fois la bombe atomique d'Hiroshima.

L’évènement a été la source de multiples perturbations atmosphériques - des hausses subites de 2 hPa étant ressenties jusqu’en Europe -, elle a également provoqué la formation d’un tsunami exceptionnellement rapide, dont la vitesse a été légèrement inférieure à celle du son.

Selon une équipe internationale comprenant notamment des chercheurs des Université de Lisbonne et de Cardiff, ce Tsunami exceptionnel s’explique par la formation d’ondes de gravité au moment de l’explosion du volcan. Leurs conclusions ont été publiées la semaine passée dans la revue Nature.

"L'idée que les tsunamis pourraient être générés par des ondes atmosphériques déclenchées par des éruptions volcaniques n'est pas nouvelle, mais cet événement a été le premier enregistré par une instrumentation moderne et dense dans le monde entier, ce qui nous a permis de démêler enfin le mécanisme exact derrière ces phénomènes inhabituels", explique Usama Kadri, de l'École de mathématiques de l'Université de Cardiff, l’un des co-auteurs de l’étude.

Les ondes de gravité ont de très longues ondes, produites par des éruptions volcaniques, des tremblements de terre et autres événements violents. Elles se déplacent sous les effets de la gravité et peuvent parcourir les océans ou l'atmosphère à la vitesse du son.

"Dans une certaine mesure, l'éruption des Tonga s’est produite dans un endroit idéal, à savoir en eau peu profonde, ce qui a provoqué une forte libération d'énergie dans l'atmosphère près de la surface de l'eau. L'interaction des ondes de gravité avec l’océan était inévitable", explique-t-il encore.

En utilisant des données du niveau de la mer, de l'atmosphère et des satellites du monde entier au moment de l'éruption, l'équipe a montré que le tsunami a été entraîné par des ondes de gravité, déclenchées par l'éruption et qui se sont déplacées très rapidement dans l'atmosphère.

Une comparaison des données sur l'atmosphère et le niveau de la mer a montré une corrélation directe entre le premier signe de perturbation de l'air causée par les ondes de gravité et le début d'un tsunami dans de nombreux endroits à travers le monde.

L'équipe explique que le transfert d'énergie dans l'océan a été causé par un phénomène connu sous le nom de résonance non linéaire, où les ondes de gravité interagissent avec le tsunami qu'elles ont généré, ce qui provoque une amplification de ce dernier.

Ils estiment que le tsunami a voyagé 1,5 à 2,5 fois plus vite qu'un tsunami déclenché par un volcan, traversant les océans Pacifique, Atlantique et Indien en moins de 20 heures à des vitesses d'environ 1000 km/h.

"De plus, parce que le tsunami a été provoqué par une source atmosphérique rapide, il s'est propagé directement dans les Caraïbes et sur l'Atlantique, sans avoir à voyager autour de la masse continentale sud-américaine, comme le ferait un tsunami "normal". Ce qui explique pourquoi le tsunami des Tonga est arrivé sur les côtes atlantiques près de 10 heures avant ce qui était attendu par un tsunami « normal » », ajoute le Dr Ramalho, autre co-auteur de l’étude.

"Le tsunami des Tonga nous a fourni une occasion unique d'étudier le mécanisme physique de formation et d'amplification des tsunamis mondiaux par résonance avec des ondes de gravité. Ces nouvelles connaissances qui en résultent devraient permettre d’améliorer les systèmes d’avertissement en temps réel.

Philippe Jeanneret avec les revues Science et Nature