Tout le monde connaît le rôle du GPS pour s'orienter sur terre ou sur mer. Récemment, les chercheurs du département de géophysique spatiale et planétaire de l'IPGP¹ lui ont trouvé une autre utilité : détecter l'impact des séismes et des tsunamis sur une région particulière de l'atmosphère terrestre, l'ionosphère, située à plus de 100 kilomètres d'altitude. Explication : quand un tremblement de terre éclate, il fait vibrer le sol qui, à son tour, fait vibrer l'air. Les ondes ainsi créées – des infrasons – se propagent et s'amplifient vers le haut jusqu'à atteindre l'ionosphère. À cette altitude, l'atmosphère est constituée de particules chargées : ions et électrons. Ceux-ci vibrent alors sous l'effet des infrasons. Pour un tsunami, le phénomène est le même. Mais c'est l'onde créée par le déplacement de l'eau – on parle d'onde de gravité – qui fait vibrer cette fois l'atmosphère à une fréquence plus basse².

Dans les deux cas, les physiciens mesurent le mouvement des particules de l'ionosphère. Comment ? En utilisant certaines données fournies par les satellites GPS. En effet, quand un satellite envoie un signal à une fréquence précise vers les détecteurs sur Terre, il lui faut tenir compte du retard induit par la traversée de l'ionosphère. Ce sont précisément ces données que les chercheurs récupèrent. Ils peuvent alors remonter à la perturbation créée par le séisme sur le déplacement des ions et des électrons de l'ionosphère. « L'intérêt est que les données GPS sont publiques, précise Raphaël Garcia, chercheur de l'IPGP sur le projet. Et que dans certaines régions, le réseau de détecteurs est dense. C'est le cas au Japon, en Californie et en Europe. »

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© R.Garcia/Paris 7/CNRS

Effet du séisme de Tokachi-Oki au Japon (carré rouge au sol) du 25 septembre 2003 sur l'ionosphère terrestre (ici, une coupe verticale dans le modèle en 3D)

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Mais il y a tout de même un bémol : les chercheurs ne peuvent pas encore localiser un séisme ni déterminer son intensité sans les données du réseau sismologique au sol. Et ils ne peuvent détecter que les séismes dont la magnitude est supérieure à 7 sur l'échelle de Richter. Ce fut le cas pour un tremblement de terre en Alaska en 2002, détecté par les géophysiciens grâce au réseau GPS de Californie³ ou encore pour un tsunami au Pérou en 2001 visualisé par le réseau GPS japonais⁴. La technique a même fait ses preuves lors du tsunami du 26 décembre dernier. Cette fois, les chercheurs n'ont pas utilisé le GPS, cette région de l'Asie en étant démunie. Ils ont eu l'idée de récupérer les données des deux satellites altimétriques Jason et Topex-Poséidon (Cnes / Nasa) qui ont mesuré la hauteur du raz-de-marée dans l'océan Indien et ont dû pour cela tenir compte également du passage du signal dans l'ionosphère.

À quoi pourra donc servir ce nouveau moyen de détection, quand on sait que nombre de sismomètres sont installés sur Terre et que l'onde générée par un tsunami est visible dans l'ionosphère une heure après seulement ? « Rien ne pourra concurrencer les systèmes d'alerte au sol, confirme Raphaël Garcia. Mais c'est oublier qu'il n'y en a pas en plein océan et que le GPS, lui, est capable d'observer les ondes sismiques qui se déplacent sur le plancher océanique. » Double objectif pour les chercheurs : réaliser une imagerie des 200 premiers kilomètres de la croûte terrestre sous les océans par tomographie sismique et confirmer l'arrivée d'un tsunami dans une région suffisamment éloignée de l'épicentre du séisme. Les géophysiciens pensent par exemple aux îles Aléoutiennes, au large de l'Alaska, où le réseau d'alerte en mer fait défaut.

Et la méthode pourrait même servir à une autre mission scientifique : le satellite Demeter (Cnes), lancé en juin dernier. Lui aussi analyse l'ionosphère, mais cette fois pour tenter d'y trouver les signes avant-coureurs d'un séisme. D'ici à cinq ans, les chercheurs de l'IPGP disposeront de suffisamment de données GPS pour les comparer à celles de Demeter⁵. Et pourquoi pas, déceler un signal présismique commun aux deux expériences.

Julien Bourdet