Comment les cyclones tropicaux déforment la croûte terrestre

Vendredi, 24 novembre 2017

Des chercheurs de Géosciences Rennes (OSUR, CNRS / Université de Rennes 1), de l’Institut des sciences de la Terre de Taipei (Academia Sinica, Taiwan) et de l’Institut de physique du globe de Strasbourg (IPGS/EOST, CNRS / Université de Strasbourg) ont montré que les cyclones déformaient significativement la croûte terrestre. Les dépressions atmosphériques et les pluies torrentielles qui les accompagnent conduiraient en effet respectivement à une dilatation et à une contraction de la croûte terrestre que les chercheurs ont pu quantifier. Ces résultats illustrent les profondes interactions qui lient les enveloppes fluides et la Terre solide et posent la question de l’influence potentielle des évènements météorologiques extrêmes sur l’activité sismique des régions tropicales.

Les cyclones tropicaux, aussi appelés ouragans ou typhons, sont des phénomènes météorologiques extrêmes caractérisés par de fortes dépressions atmosphériques, des vents violents et des pluies torrentielles. Ils déclenchent glissements de terrain, coulées de boue, inondations et ondes de tempêtes responsables de dommages importants. Harvey, Irma et Maria, évènements majeurs de la saison cyclonique 2017, ont encore récemment montré ce pouvoir destructeur.

Cependant, l’impact des cyclones ne se restreint pas à la surface de la Terre. Les dépressions atmosphériques et l’accumulation de grandes quantités d’eau de pluie sont en effet des charges capables de déformer la croûte terrestre. L’amplitude et la dynamique de ces déformations restent toutefois méconnues. Pourtant, leur estimation pourrait permettre de mieux quantifier ces charges et d’analyser ainsi de manière plus générale l’impact de l’atmosphère sur la dynamique crustale. Elle pourrait également permettre de corriger les signaux de déformation de l’effet de ces charges afin d’isoler d’autres sources de déformation, liées par exemple à l’activité tectonique, volcanique ou sismique.

Haut : Cartes journalières de la dépression atmosphérique associée au typhon Morakot lors de son passage à Taiwan en aout 2009. Bas : Évolution temporelle de la pression atmosphérique, de la déformation enregistrée (dilatation positive) et de la pluviométrie lors du passage du typhon Morakot. Ces données ont été mesurées à proximité du site indiqué par un point blanc sur les cartes. Une équipe de chercheurs franco-taiwanaise a donc étudié ces déformations à partir de l’analyse de 10 années de mesures d’extensomètres installés à Taiwan, un laboratoire naturel idéal pour ce travail car situé dans le bassin de formation de cyclones le plus actif de la planète. Les effets d’environ 30 cyclones tropicaux ont été enregistrés par ces extensomètres enfouis à 200 m de profondeur et capables de mesurer des déformations extrêmement ténues, de l’ordre du nanostrain, c’est-à-dire une déformation relative de 1 mm pour 1 000 km de roche. L’étude s’appuie conjointement sur ces mesures de déformation et sur leur modélisation numérique, contrainte par les variations de pression atmosphérique et les quantités de pluie mesurées localement, à proximité de chaque extensomètre.

Il en ressort que la signature en déformation des cyclones est constituée de deux phases. La première est une dilatation de la croûte terrestre, jusqu’à 150 nanostrains, synchrone de la dépression atmosphérique qui accompagne chaque cyclone. La seconde est une contraction, jusqu’à 800 nanostrains, due à la charge de l’eau de pluie à la surface du sol. En effet, selon la topographie avoisinante, les volumes de pluie tombés sur de grandes surfaces peuvent être drainés et concentrés vers des régions plus petites, très souvent les fonds de vallées, qui vont alors subir des déformations de plus en plus fortes. Par ailleurs, la dynamique temporelle de cette contraction reflète le temps nécessaire à l’eau de pluie pour ruisseler vers ces vallées, ce qui renseigne sur la vitesse de ce ruissellement et la surface moyenne des bassins versants drainés.

Dans un contexte de changement climatique qui voit s’accroitre l’intensité des cyclones tropicaux, cette étude pose la question du volume de pluie pouvant être localement accumulé par ces évènements et des risques qui s’y rattachent (glissements de terrain et inondations). Elle pose également la question de l’influence des déformations de la croûte terrestre dues aux cyclones sur l’activité sismique de régions à la fois tectoniquement actives et soumises à ces phénomènes météorologiques extrêmes (e.g. Taiwan, Japon, Antilles).

Source(s): 

Mouyen, M., A. Canitano, B. F. Chao, Y.-J. Hsu, P. Steer, L. Longuevergne, and J. P. Boy (2017), Typhoon-induced ground deformation, Geophys. Res. Lett., doi:10.1002/2017GL075615.

Contact(s):
  • Maxime Mouyen, Géosciences Rennes/OSUR
    maxime [dot] mouyen [at] univ-rennes1 [dot] fr, 02 23 23 37 52
  • Philippe Steer, Géosciences Rennes/OSUR
    philippe [dot] steer [at] univ-rennes1 [dot] fr, 02 23 23 42 65

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