Pourquoi étudier les séismes depuis l’espace ?

Quelques mois après son lan­ce­ment en 2022, le satel­lite Sur­face Water and Ocean Topo­gra­phy (SWOT) a sur­pris les scien­ti­fiques. Alors que sa mis­sion ini­tiale est de four­nir des mesures de hau­teur d’eau aux hydro­logues et océa­no­graphes, il détecte en 2023 un tsu­na­mi dans le Paci­fique¹. En mai 2025, un autre tsu­na­mi est cap­tu­ré par SWOT à la suite d’un séisme sur­ve­nu dans le détroit de Drake, situé entre l’océan Paci­fique et l’océan Atlan­tique. « Dans cette par­tie recu­lée du globe […], les mesures sis­mo­lo­giques et de tsu­na­mis in situ res­tent extrê­me­ment rares. […] SWOT pour­rait aider à mieux com­prendre les par­ti­cu­la­ri­tés tec­to­niques d’une zone mal connue […] », écrit le Centre natio­nal d’études spa­tiales (CNES)².

Jusqu’ici, le sis­mo­mètre était l’instrument prin­ci­pal des sis­mo­logues, mais, depuis peu, les satel­lites sont deve­nus de pré­cieux alliés pour l’étude des trem­ble­ments de terre. En 2001, c’est grâce aux satel­lites, notam­ment aux mesures GPS en conti­nu, qu’un tout nou­veau type de séisme a été décou­vert dans les zones de sub­duc­tion : les séismes lents. Ce sont des trem­ble­ments de terre qui durent quelques jours, voire des mois, et sont com­plè­te­ment imper­cep­tibles par les sis­mo­mètres et les popu­la­tions³.

« La quan­ti­té et la qua­li­té des mesures satel­lites de la défor­ma­tion tec­to­nique ont consi­dé­ra­ble­ment aug­men­té au cours des deux der­nières décen­nies, amé­lio­rant ain­si notre capa­ci­té à obser­ver les pro­ces­sus tec­to­niques actifs », écrit une équipe de recherche anglaise dans un article publié dans nature com­mu­ni­ca­tion en 2016⁴. Deux types de satel­lites sont uti­li­sés pour l’étude des séismes : les satel­lites d’observation de la Terre et les satel­lites de posi­tion­ne­ment, comme les GPS.

« Lan­cée en 1972, la mis­sion Land­sat offre pour la pre­mière fois une vue des grandes zones de failles [N.D.L.R. : là où naissent les séismes] à l’échelle régio­nale, raconte Cécile Las­serre, direc­trice de recherche en géo­dé­sie au CNRS. Une des pre­mières études phares⁵ est publiée en 1977. Grâce à ces images, les grandes failles de la zone de col­li­sion entre l’Inde et l’Asie (de l’Himalaya jusqu’au lac Baï­kal) sont car­to­gra­phiées pour la pre­mière fois. » À mesure que la réso­lu­tion des ins­tru­ments aug­mente avec les mis­sions spa­tiales, ces satel­lites optiques – qui cap­turent des images de la Terre à la manière d’un appa­reil pho­to – offrent aux géo­logues la pos­si­bi­li­té de faire des cartes de plus en plus détaillées des failles, là où sur­viennent les séismes.

Les scien­ti­fiques cherchent rapi­de­ment à exploi­ter dif­fé­rem­ment ces don­nées spa­tiales. La vie d’une faille suit un cycle mar­qué par des périodes calmes entre­cou­pées de séismes dont le dépla­ce­ment du sol se cumule au fil du temps. Les élé­ments natu­rels, comme des val­lées ou des ver­sants mon­ta­gneux, peuvent être déca­lés de plu­sieurs kilo­mètres de part et d’autre de la faille. Les scien­ti­fiques mesurent ces déca­lages et déter­minent la durée pen­dant laquelle ces élé­ments sont dépla­cés. Il devient alors pos­sible de mesu­rer la vitesse de dépla­ce­ment des failles au cours des der­niers mil­lé­naires per­met­tant d’évaluer le risque sismique.

Dès les années 2000, les ins­tru­ments des satel­lites entrent dans une nou­velle ère : ils deviennent capables d’enregistrer des images à une réso­lu­tion infé­rieure au mètre. « Atteindre une telle réso­lu­tion per­met pour la pre­mière fois de mesu­rer les dépla­ce­ments du sol lors d’un seul séisme depuis l’espace, puisque c’est l’ordre de gran­deur des dépla­ce­ments engen­drés lors des séismes impor­tants », com­mente Cécile Las­serre. Il suf­fit de com­pa­rer les images satel­lite avant et après le séisme pour non seule­ment car­to­gra­phier la rup­ture, mais aus­si quan­ti­fier le dépla­ce­ment. En 2004, une équipe fran­çaise⁶ four­nit pour la pre­mière fois une carte des dépla­ce­ments sur­ve­nus tout au long d’une faille lors d’un séisme majeur en 2001 au Tibet. « Il est très dif­fi­cile de réa­li­ser le même tra­vail sur le ter­rain, la rup­ture s’est éten­due sur une lon­gueur de 450 km ! ana­lyse Cécile Las­serre. Ces don­nées ont révé­lé des com­plexi­tés mécon­nues et nous ont per­mis d’avancer dans la com­pré­hen­sion des séismes. »

Avant, nous ins­tal­lions des sta­tions pen­dant quelques jours chaque année, désor­mais des réseaux très denses ont été déployés de façon per­ma­nente dans cer­tains pays. 

Pour com­plé­ter la pano­plie des ins­tru­ments satel­lites utiles à l’étude des séismes, il faut éga­le­ment citer les satel­lites radars. En 1992, les images radars per­mettent pour la pre­mière fois de mesu­rer la défor­ma­tion d’un séisme, celui de Lan­ders en Cali­for­nie⁷. À la dif­fé­rence des satel­lites optiques comme Land­sat ou Spot, les satel­lites radar émettent une onde radar réflé­chie à la sur­face de la Terre. En com­pa­rant ces images avant et après un séisme, il est pos­sible de mesu­rer la défor­ma­tion du sol. « Les der­nières géné­ra­tions de satel­lites radar per­mettent de mesu­rer des vitesses de dépla­ce­ment de l’ordre du mil­li­mètre par an, détaille Cécile Las­serre. Avec une telle pré­ci­sion, il est pos­sible d’étudier les dif­fé­rentes phases du cycle sis­mique : pen­dant, juste après et entre les séismes. »

« En paral­lèle, les mesures GNSS se sont déve­lop­pées : elles sont très com­plé­men­taires aux mesures par ima­ge­rie optique et radar », pointe Cécile Las­serre. Comme expli­qué pré­cé­dem­ment, c’est grâce à des mesures GPS en conti­nu que les séismes lents ont été décou­verts. Le prin­cipe est simple : la posi­tion géo­gra­phique pré­cise d’un ins­tru­ment au sol est mesu­rée à l’aide des satel­lites GNSS dédiés (GPS et Gali­leo par exemple). Cela per­met d’enregistrer les mou­ve­ments du sol très pré­ci­sé­ment, d’année en année. « Avant, nous ins­tal­lions des sta­tions pen­dant quelques jours, chaque année, se sou­vient Cécile Las­serre. Désor­mais, des réseaux très denses ont été déployés de façon per­ma­nente dans cer­tains pays. » Toutes ces don­nées spa­tiales – com­bi­nées aux mesures de ter­rain – offrent aux scien­ti­fiques une meilleure com­pré­hen­sion des pro­ces­sus de défor­ma­tion de la Terre, indis­pen­sable pour réduire les risques lors de ces catas­trophes natu­relles⁸.

Au-delà de l’aspect pure­ment scien­ti­fique, les satel­lites sont aus­si pré­cieux pour les secours lors de séismes dévas­ta­teurs. En 2000, cer­taines agences spa­tiales (euro­péenne, fran­çaise et cana­dienne) créent et rejoignent la Charte inter­na­tio­nale espace et catas­trophes majeures⁹. « Le rôle de la Charte est de four­nir gra­tui­te­ment des don­nées satel­lites lors d’importantes catas­trophes, par­tout sur le globe, explique Claire Huber, ingé­nieure res­pon­sable risques au SERTIT Uni­ver­si­té de Stras­bourg. En tant qu’opérateur, notre rôle est de trans­for­mer les infor­ma­tions satel­lites en cartes lisibles par tout le monde et offrant une vue glo­bale de l’évènement. » Lorsqu’un orga­nisme sol­li­cite l’aide de la Charte, les opé­ra­teurs pro­gramment les satel­lites en mode « urgent » pour obte­nir le plus rapi­de­ment pos­sible des images de la zone tou­chée par la catas­trophe. « Nous car­to­gra­phions ain­si les dégâts visibles aux bâti­ments, les routes obs­truées, les ras­sem­ble­ments de popu­la­tion, détaille Claire Huber. Ces don­nées sont très impor­tantes pour déployer au mieux et le plus rapi­de­ment pos­sible les secours dans les zones les plus affec­tées. » Même s’ils ne rem­placent jamais com­plè­te­ment les mesures de ter­rain, les satel­lites sont deve­nus indis­pen­sables au sui­vi de la planète.

Anaïs Maréchal