Un an après le tsunami, retour au Japon et à Fukushima avec le satellite Pléiades

Dimanche 11 mars 2012 : un an après la triple catastrophe, les japonais ont rendu hommage dimanche aux victimes du tremblement de terre du 11 mars 2011 à 5h46 UTC (en fait quatre tremblements de terre de magnitute 7,3 à 9,0 entre 14h46 et 15h25 en heure locale) et du tsunami (vague de 14,8 mètres dans le port d’Onagawa) qui a frappé la côte nord-est de l'archipel et déclenché à Fukushima Daiichi la plus grave catastrophe nucléaire au monde depuis Tchernobyl. Selon un bilan de février 2012, la catastrophe, appelée au Japon le « Great East Japan Eathquake », a fait 15850 morts et 3287 disparus. Il y a encore plus de 340000 réfugiés.

L’image présentée ici a été acquise par le satellite Pléiades 1A pendant sa recette en vol. Elle montre la situation des quatre réacteurs de la centrale de Fukushima Daiichi un an après l’accident.

Image de la centrale de Fukushima Daiichi prise par le satellite Pléiades 1A le 18 janvier 2012.
Copyright CNES 2012 / Astrium.

A l’occasion de ce triste anniversaire, des manifestations ont été organisées par les opposants à l’énergie nucléaire : en Allemagne, un pays qui a décidé d'abandonner progressivement le nucléaire après le séisme, en France dans la vallée du Rhône où 14 réacteurs sont implantés, en Suisse près de la centrale de Mülheberg, en Espagne aux abords de la centrale de Garona et même en Australie qui n’a pas de centrales nucléaires mais qui est le troisième producteur mondial d’uranium.

Pour en savoir plus sur la catastrophe nucléaire de Fukushima et ses conséquences, je vous recommande le blog Sciences² de Sylvestre Huet, journaliste scientifique à Libération, qui est, à mon avis, le site le plus documenté sur le sujet, avec quatre articles récents (8, 10, 11 et 12 mars) sur le bilan un an après l’accident et, il y a un an, plus de 70 articles, documents et témoignages sur Fukushima et la sécurité des centrales nucléaires.

Des informations détaillées sur la situation des installations nucléaires de Fukushima Daiichi sont également accessibles sur le site de l’IRSN (point presse du 28 février 2012). Ce document de synthèse, avec des éléments rassurants et d’autres plutôt inquiétants, résume en conclusion « situation encore précaire mais nettement améliorée ». Un autre document publié le 28 février donne des informations complémentaires et un troisième décrit les conséquences sanitaires de l’accident de Fukushima Daiichi.

Le rôle des satellites et l’importance de la coopération internationale

Sur le blog Un autre Regard sur la Terre, j’ai publié 3 articles sur le sujet entre le 15 mars et le 26 avril 2011, en mettant l’accent sur la mesure de la radioactivité et sur le rôle des satellites d’observation en cas de catastrophe majeure :

Il y a un an, il s’agissait de mobiliser les moyens spatiaux en urgence, une procédure qui peut être mise en œuvre avec la Charte Internationale Espace et Catastrophes Majeures ou, dans le cadre du programme européen GMES (Global Monitoring for Environment and Security), avec le service SAFER de réponse aux situations d’urgence ou encore avec le mécanisme Sentinel Asia.

Un an après l’accident, l’image acquise par Pléiades le 18 janvier 2012 permet de suivre les travaux en cours à l’intérieur du site de la centrale : le toit du réacteur N°1 qui avait été soufflé est recouvert d’une structure blanche. La toiture de l’enceinte du réacteur n°2 n’a pas de dégâts visibles. Les grues visibles à proximité des réacteurs n°3 et n°4 montrent que les travaux de déblaiement se poursuivent : la structure métallique des toitures endommagées (explosion ou incendie) est bien visible.

Dans une présentation récente, la JAXA (agence spatiale japonaise) à fait le point sur l’apport des technologiques spatiales dans les cas des catastrophes majeures et des tsunamis, en donnant quelques chiffres dans le cas particulier du séisme et du tsunami du 11 mars 2011. Les principaux domaines d’application des satellites sont concernés :

L’observation de la Terre pour acquérir des images des zones touchées par la catastrophe, y compris dans les zones que les avions ne peuvent pas survoler.
Les satellites de télécommunication, pour assurer la liaison avec les zones dans lesquelles les réseaux terrestres sont détruits ou hors de fonction.
Les systèmes de localisation (GPS ou bientôt Galileo) pour mesurer précisément les déformations de la croûte terrestre et déclencher si nécessaire l’alerte.

En ce qui concerne la contribution de l’observation de la Terre, les chiffres fournis par la JAXA sont saisissants :

Le satellite japonais ALOS (appelé également, c’est surprenant, DAICHI) : il a fournit 450 scènes aux 10 ministères concernés par la gestion de la crise. Il a surtout servi à l’analyse globale de la situation, à l’analyse des glissements de terrain en zone montagneuse et des zones inondées par le tsunami. Les images du radar PALSAR ont été traitées par interférométrie radar pour l’analyse des déformations de la croûte terrestre. Après cette période très chargée, ALOS est tombé définitivement en panne le 22 avril 2011, après avoir acquis 6,5 millions de scènes depuis son lancement le 24 janvier 2006.

Deux images prises par le capteur optique AVNIR du satellite japonais ALOS.
A gauche, une image acquise le 27 février 2011 avant le tsunami. A droite, une image acquise
le 13 mars 2011. Les zones inondées apparaissent en couleur sombre.
Crédit image : JAXA.

An niveau international, 27 satellites, de 14 pays, ont fourni 5000 autres scènes dans le cadre de la coopération internationale :

Au titre de la Charte Internationale « Espace et catastrophes majeures », avec les satellites Spot 4, Spot 5, TerraSAR-X, Radarsat, GeoEye, Quickbird-2, Formosat-2, Landsat- 5, Landsat-7, EO-1, WorldView-1 et WorldView-2, DEIMOS-1, Cosmo-Skymed, etc. Les images et les produits cartographiques ont servi à délimiter les zones inondées et à déterminer les dommages sur des sites particuliers (dont les réacteurs de la centrale de Fukushima). En Europe, les équipes d’Astrium GEO-Information Services, qui opèrent Spot 4, Spot 5 et TerraSAR-X, du SERTIT (université de Strasbourg) et du DLR, deux organismes spécialistes de la cartographie rapide, ont été particulièrement mobilisées. Après la catastrophe, Go Monitor, le service de surveillance par satellite de zones stratégiques proposé par Astrium Services, a observé quotidiennement pendant sept jours la ville de Sendai, en utilisant des images des satellites Spot, TerraSAR-X et Formosat-2.
Au titre du mécanisme de coopération Sentinel Asia, ce sont les satellites Cartosat-2 (de l’ISRO, agence spatiale indienne), THEOS (du GISTDA en Thaïlande) et Formosat-2 (du NSPO à Taïwan) qui ont fourni des images optiques pour la cartographie rapide des dégâts.

Image du satellite TerraSAR-X acquise le 12 mars 2011 analysée par les experts de la JAXA.
L’extrait en haut à gauche montre un pont effondré. Crédit image : DLR / Infoterra GmbH / JAXA

A posteriori, le retour d’expérience de cet évènement montre que le nombre d’images disponible n’est pas un problème. Il y a même, comme sur d’autres catastrophes majeures comme le tremblement de Terre à Haïti en janvier 2010 ou le tsunami de l’océan indien en décembre 2004, parfois redondance d’acquisitions sur certaines régions. C’est d’abord la réactivité, le délai pour obtenir les premières images après la catastrophe, qui est l’axe d’amélioration principal.

Les satellites : une contribution indirecte aux système de modélisation et de prévision

Pour être complet sur le rôle des satellites, il faut également mentionner leur contribution pour la modélisation de la propagation des nuages de particules radioactives dans l’atmosphère ou dans les océans. J’ai déjà évoqué sur le blog Un autre regard sur la Terre le rôle de Météo France et du modèle « MOCAGE » (également utilisé pour prévoir l’évolution des nuages de cendres des volcans).

MOCAGE signifie « Modèle de Chimie Atmosphérique à Grande Echelle ». Pour les intimes, c’est un modèle de Modèle de Chimie Transport (MCT) tridimensionnel, multi-échelles, stratosphérique et troposphérique… « En clair », c’est un modèle numérique qui permet de suivre la dispersion d’un polluant dans tout le volume de l'atmosphère et dans le temps. Le modèle permet de traiter plusieurs échelles spatiales afin de traiter à la fois la dispersion du polluant près de sa source d'émission et à longue distance de sa source d'émission : les calculs peuvent être effectuées avec plus de finesse à certains endroits, par exemple au voisinage de la source polluante.

Les experts de Météo France m’ont expliqué que le modèle fonctionne avec des données atmosphériques (connaissance des paramètres d'état de l'atmosphère en tout point du globe, vent, température, humidité principalement). L'usage des satellites est donc indirect par l’intermédiaire des données atmosphériques utilisées pour "forcer" le modèle, c’est-à-dire lui donner un état initial. A partir ce cet état, l’évolution de la situation est calculée de manière itérative. C’est très proche de la manière dont on établit la prévision du temps.

Pour la dispersion des radio-éléments dans l’eau de mer, on procède de manière similaire. L’équipe SIROCCO (Simulation Réaliste de l’Océan Côtier), associant des chercheurs (Université Paul Sabatier, CNRS) du Laboratoire d’Aérologie et du LEGOS de l’Observatoire Midi-Pyrénées à Toulouse, a mis en place à la demande de l’AIEA (Agence Internationale de l’Energie Atomique) un système de prévision de la circulation océanique à l’échelle de la côte Pacifique du Japon, associé à un modèle de dispersion des radio-éléments. Ce système repose sur des outils de modélisation (modèle 3D SYMPHONIE et modèle de marée TUGOM) ainsi que sur les services opérationnels de prévision océanique à l’échelle globale de Mercator-Océan et de prévision météorologique de l’ECMWF (le centre européen de prévision météorologique à moyenne échelle) qui ont mis leurs produits à disposition.

Exemple de simulation de la dispersion des éléments radioactifs dans
l’eau de mer à proximité du littoral japonais.
Crédit image : SIROCCO / OMP.

Evidemment, la qualité des informations repose beaucoup sur la précision des paramètres décrivant les « apports » de la centrale (débit, durée, profil de débit). Quand on lit les rapports sur la manque de transparence ou de fiabilité des informations communiquées par l’exploitant TEPCO ou le gouvernement japonais, on peu avoir quelques doutes… Néanmoins la modélisation permet de déterminer vers quelles zones de la côte sont transportées les eaux radioactives.

Les tsunamis : des évènements exceptionnels ?

Pas tant que cela ! La base de données des tsunamis de la NOAA (World Data Center) contient 2417 évènements entre -2000 avant notre ère et 2012. Certains événements enregistrés dans cette base de données sont néanmoins contestés par des historiens, par exemple l'événement de 1737 à Calcutta qui serait en fait du à la coïncidence d'un tremblement de terre et d'un cyclone et non d'un tsunami.

Selon cette base de données, le tsunami de décembre 2004 est le plus dramatique du point de vue du nombre de victimes, suivi par le tsunami à Lisbonne au Portugal en 1755.

En terme du répartition géographique, à partir de ces statistiques, la commission intergouvernementale océanographique (IOC) des Nations Unies indique que c'est d'abord dans l'océan pacifique (73%) que surviennent les tsunamis, suivi de la mer Méditerranée (14%). Etonnant ? Un exemple qui montre les limites de la mémoire collective...

Sans dramatiser la situation, c'est une des raisons pour lesquelles les régions les plus exposées ont mis au point ou mettent au point des systèmes d'alerte tsunami (en anglais : TEWS pour Tsunami Early Warning Systems). L'IOC joue un rôle de coordination internationale de ces initiatives. Dans l'océan indien, trois systèmes nationaux ont été mis en service en octobre 2011.

Les technologies spatiales peuvent jouer un rôle important, de la collecte des mesures de capteurs au fonds de l'océan jusqu'à la diffusion d'une éventuelle alerte. Ce sujet fera l'objet d'un article complet.

En Méditerranée, l'exemple le plus célèbre est celui au niveau de la Crète au IVe siècle, en 365. Les historiens rapportent un « jour d'horreur » à Alexandrie où se sont produites d'intenses inondations. A l'occasion d'une audition au sénat, Hélène Hébert, expert en analyse, surveillance et environnement au CEA indiquait : "Ce type d'événement localisé dans l'est de la Méditerranée, potentiellement très destructeur près de la source, passe très difficilement dans le bassin occidental".

En Méditerranée occidentale, "les mouvements de convergence des plaques tectoniques sont extrêmement lents. On connaît malgré tout un certain nombre de séismes historiques avec des magnitudes dépassant 7. Certains de ces séismes côtiers sont compatibles avec des déclenchements de tsunamis."

Les scénarios étudiés par les scientifiques s'appuient sur les exemples historiques comme à Alger au 14ème siècle, le tsunami de la Mer Ligure en 1887, le tsunami de Messine en 1908, extrêmement destructeur, et plusieurs tsunamis connus dans le nord de l'Algérie.

En savoir plus :

Sur le site d'Astrium GEO-Information Services, une page sur le service Go monitor et une page sur le tremblement de terre au Japon.
Sur le site de la JAXA (Agence Spatiale Japonaise), une page avec des exemples de produits cartographiques provenant d’images satellite.
Sur le site de la SPIE (Society of Photographic Instrumentation Engineers), un article (en anglais) de septembre 2011 sur l’utilisation des images satellites par la JAXA pour la gestion de crise au moment du séisme de mars 2011.
Les produits de cartographie rapide livrés pour la charte Internationale Espace et catastrophes majeures (activation n°359) par le SERTIT (Université de Strasbourg) et par le centre de gestion de crise du DLR (Agence Spatiale Allemande).
Sur le site de l’Observatoire Midi-Pyrénées, le site de l’équipe SIROCCO et le bulletin de prévision sur Fukushima et une séquence vidéo.
Sur le site du CNES, dans les pages pour les enseignants, un article sur le rôle des satellites et une image sur le blog « La tête en l’air »
Sur le site de l’IRSN, le dossier sur l'accident à la centrale de Fukushima Daiichi.
Sur le blog Sciences², la série d’articles publiés en 2011 par Sylvestre Huet.
sur le site du Plan Séisme francais, un rapport de synthèse du BRGM (Bureau des Recherchers Géologiques et Minières) : "Tsunamis, étude de cas au niveau de la côte méditerranéenne française".
Sur le site tsunami.fr (BRGM), une base de données des tsunamis en France.
sur le site du Sénat, le rapport de Jean-Claude ETIENNE et Roland COURTEAU, rédigé au nom de l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques (OPCST) et publié en juillet 2010 : "La France est-elle préparée à un tremblement de terre ?" (compte rendu de l'audition publique du 7 juillet 2010).
Sur les site Big Picture du journal Boston globe, trois séries de photographies de reporters de presse prises un an après le tsunami :