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Tsunarisque

 | 
Franck Lavigne
, 
Raphaël Paris

Chapitre 2. Impacts environnementaux du tsunami

Formes et estimation de l’érosion côtière causée par le tsunami du 26 décembre 2004 à Lhok Nga, ouest de Banda Aceh

Raphaël Paris, Émilie Desgages, Franck Lavigne, Patrick Wassmer et Franck Vautier

Résumé

Large tsunamis are major geomorphic crises, since they imply extensive erosion, sediment transport and deposition in a few minutes and over hundreds of kilometres of coast. Nevertheless, little is know about their geomorphologic imprints. The December 26, 2004 tsunami in Sumatra (Indonesia) was one of the largest and deadliest tsunamis in recorded human history. We present a description of the coastal erosion and boulder deposition induced by the 2004 tsunami in the Lhok Nga Bay, located to the West of Banda Aceh (northwest Sumatra). The geomorphological impact of the tsunami is evidenced by: beach erosion (some beaches have almost disappeared); destruction of sand barriers protecting the lagoons or at river mouths; numerous erosion escarpments typically in the order of 0.5-1.5 m when capped by soil and more than 2 m in dunes; bank erosion in the river beds (the retreat along the main river is in the order of 5-15 m, with local retreats exceeding 30 m); large scars typically 20-50 cm deep on slopes; dislodgement of blocks along fractures and structural ramps on cliffs. The upper limit of erosion appears as a continuous trimline at 20-30 m a.s.l., locally reaching 50 m. The erosional imprints of the tsunami extend to 500 m from the shoreline and exceed 2 km along riverbeds. The overall coastal retreat from Lampuuk to Leupung was 60 m (550,000 m2) and locally exceeded 150 m. Over 276,000 m3 of coastal sediments were eroded by the tsunami along the 9.2 km of sandy coast. The mean erosion rate of the beaches was ~30 m3/m of coast and locally exceeded 80 m3/m. The most eroded coasts were tangent to the tsunami wave train, which was coming from the southwest. The fringing reefs were not efficient in reducing the erosional impact of the tsunami. One year after, the coastal environment in northwest Sumatra is still in a post-tsunami dynamic. Thus, the difference between the largest tsunamis (height > 30 m) and the moderate tsunamis (height <10 m) could be their long-term impact on coastal environments.

Texte intégral

1. Introduction : objectifs et site d’étude

1Nos travaux sur l’impact géomorphologique du tsunami se sont concentrés sur la baie de Lhok Nga, située à l’ouest de Banda Aceh et frappée par les plus hautes vagues enregistrées (15-30 m, avec localement des runup à plus de 30 m sur les falaises et les collines). Les formes d’érosion côtière y sont particulièrement abondantes et marquées : recul voire disparition des plages, escarpements d’érosion dans les hauts de plage, dans les dunes et sur les berges des cours d’eau, sol partiellement décapé. Il s’agit donc d’un site idéal pour envisager une étude approfondie, à la fois descriptive et quantitative, de l’impact géomorphologique d’un grand tsunami.

2La partie nord de la baie s’apparente à une dépression côtière large de 5 km, ouverte vers l’ouest et délimitée par des collines calcaires abruptes. Avant le tsunami, la côte apparaissait comme un long cordon de plages, entrecoupé par les débouchés de rivière pendant la saison des pluies. Le relief de la baie est très peu contrasté. Les quelques reliefs correspondent à des dunes ou d’anciennes dunes végétalisées dont l’altitude dépasse 15 m (par exemple Lampuuk, Lam Lho). Dans la partie sud de la baie, le relief est plus découpé, surtout entre le port de la cimenterie et la pointe de Labuhan Point, où des criques en forme de croissant s’intercalent entre les falaises. Des récifs frangeants longent la côte entre la pointe de Lhok Nga Point et l’embouchure de la rivière principale. Nous avons également poussé nos observations vers le sud, sur la route menant à Leupung, Lhoong et Gleebruk (en direction de Calang).

2. Méthodologie

3Les données de terrain ont été collectées en janvier, août et décembre 2005. Nous avons cartographié 12,4 km de côte avec un GPS différentiel bifréquence (décembre 2005), à partir d’images satellites géoréférencées (Ikonos du 10 janvier 2003 et du 28 décembre 2004, Spot 5 du 30 décembre 2004) et d’une photographie aérienne orthorectifiée (juin 2005). Nous avons ainsi pu estimer le recul du trait de côte directement après le tsunami et l’évolution de la ligne de côte dans les mois qui ont suivi. Les données ont été corrigées en fonction des coefficients de marée. Nous avons calculé 125 valeurs de recul quasi instantané du trait de côte, en considérant l’orientation du train de vagues (et non perpendiculairement au trait de côte). Il faut souligner que les effets du tsunami ont été précédés par les effets du séisme. Les nombreux troncs d’arbres et racines submergés à Leupung et Lhok Nga suggèrent une subsidence tectonique de l’ordre de 1 ou 2 m (Fig. 1). Le niveau du sol s’est également affaissé de 30 à 60 cm dans la ville de Banda Aceh (Yuichiro Tanioka & Yudhicara, comm. pers.). Nos estimations sont donc des valeurs maximales. Parallèlement, nous avons mesuré des dizaines de formes d’érosion, particulièrement leur hauteur, et creusé de nombreux trous et tranchées dans les dépôts de tsunami pour reconstituer la topographie prétsunami. L’érosion verticale correspond à la hauteur entre la base des dépôts de tsunami (fossilisant la plage érodée, une dune ou un sol) et des marqueurs préservés (racines d’arbres, surface de route, fondations d’une maison, etc.). Les principales difficultés proviennent (1) de la détermination de la base des dépôts de tsunami, qui requiert au préalable une bonne connaissance des caractéristiques de ces dépôts (voir dans cet ouvrage Paris et al., p. 111 : sables enrichis en bioclastes, particules de sol, très peu triés et plus grossiers que les sables de plage ou de dune), et (2) de la reconstitution de la topographie prétsunami en terrain chaotique (par exemple les dunes de Lampuuk, au nord de Lhok Nga). Par conséquent, nous avons complété nos mesures par des témoignages de survivants, des photographies et des vidéos de la zone d’étude avant le tsunami. Toutes les mesures ont été intégrées dans un système d’information géographique (SIG).

FIG. 1. Les racines et troncs submergés dans la partie sud de la baie de Lhok Nga suggèrent une subsidence du sol de l’ordre de 1 à 2 m, suite au séisme de magnitude 9,3.

3. Observations et mesures de terrain

3.1. Recul du trait de côte

4L’érosion côtière causée par le tsunami se traduit surtout par une érosion des plages, dont certaines ont quasiment disparu (par exemple la pointe de Lhok Nga). Les affleurements de beach-rock (« grès de plage ») attestent des importants volumes de sable emportés (par exemple près de Lampuuk et de la piscine de Lhok Nga). Les flèches et cordons sableux barrant les lagunes et les embouchures de fleuves ont été détruits (nombreux exemples à Leupung). Les centaines d’escarpements d’érosion creusés dans les plages, les sols et les berges de cours d’eau donnent une idée des volumes de matériaux mobilisés. Les formes d’érosion les plus spectaculaires sont les sections entières de route et les ponts emportés. À Gleebruk, le recul du trait de côte est si important (> 200 m) que la route est désormais dirigée vers l’océan. Le recul global, de Lampuuk à Leupung, est de 60 m, en considérant la surface érodée divisée par la longueur de côte étudiée, et de 56 m en calculant la moyenne de 125 valeurs de recul (Fig. 2). Au moins 550 000 m2 de sédiments ont été transportés sur les 9,2 km de côte sableuse étudiés. À Lhok Nga, les plus fortes valeurs de recul du trait de côte correspondent aux lagunes (par exemple 197 m entre Lhok Nga et Lampuuk) et aux zones de rentrants où l’énergie s’est concentrée (par exemple 67 m et 111 m près du port).

FIG. 2. Carte de l’impact géomorphologique du tsunami du 26 décembre 2004 à Lhok Nga. Il n’y a pas de corrélation entre les valeurs de recul du trait de côte et la hauteur des vagues de tsunami.

5Du nord au sud, nous avons divisé la côte en 10 secteurs (Tab. 1). Le secteur du golf est relativement préservé (recul moyen de 10 m). Les secteurs les plus érodés sont Lampuuk (moyenne de 64 m), la pointe de Lhok Nga (86 m) et Leupung (123 m). Au nord de Leupung, l’association cordons sableux-lagunes s’est montrée très vulnérable et les valeurs de recul du trait de côte se situent typiquement entre 100 et 150 m (Fig. 3). Avec moins de 35 m de recul maximal et moins de 20 m en moyenne, les petites baies entre le port et Labuhan sont moins touchées. Globalement, les secteurs nord des baies de Lhok Nga et Leupung sont plus affectés car l’énergie du tsunami venant du sud-ouest s’y est concentrée. L’angle entre le train de vagues du tsunami et la ligne de côte semble aussi jouer un rôle prépondérant. Enfin, on peut constater que les petits récifs frangeants n’ont pas réduit l’impact du tsunami.

3.2. Érosion verticale

6L’érosion extrêmement rapide engendrée par le tsunami se traduit par de multiples escarpements, dont la hauteur moyenne est comprise entre 0,5 et 1,5 m quand la surface érodée était armée par un sol et des racines (Fig. 4). L’érosion verticale moyenne calculée à partir de ces escarpements est de 1,3 m, mais les effets de la microtopographie sur le tsunami ont localement accentué la turbulence du flux, à la fois durant la montée et le retrait des eaux (backwash). Ainsi, l’érosion verticale peut dépasser 2 m au contact avec les murs préservés, les digues et les routes (par exemple 2,3 m entre la digue et la piscine au sud de Lhok Nga, 2,2 m derrière un mur à Lampuuk). Les escarpements d’érosion décrivent parfois un réseau de rentrants et sortants coalescents, déterminé par la topographie prétsunami, la géométrie des infrastructures et la répartition des arbres profondément enracinés. Dans la partie sud de Lhok Nga, les principaux rentrants sont situés dans le prolongement des brèches taillées par le tsunami dans une digue côtière (voir Fig. 4). Il y a une différence notable entre l’érosion verticale dans les sortants (1,1 m) et dans les rentrants (1,4 m).

TAB. 1. Recul du trait de côte engendré par le tsunami du 26 décembre 2004 à Lhok Nga (côte ouest de Banda Aceh, Sumatra).

FIG. 3. Images satellitales de la partie nord de la baie de Leupung, avant (image Ikonos du 10 janvier 2003) et après le tsunami (image CNES-Spot 5 du 30 décembre 2004).Le recul du trait de côte, excédant 150 m, est attesté par la modification du drainage et la destruction complète des barres sableuses qui, auparavant, venaient fermer les lagunes côtières.

FIG. 4. L’impact érosif du tsunami se signale par l’érosion des plages (A : érosion verticale de 2 m autour de la piscine ; B : 1,5 m au contact avec la route, elle-même partiellement détruite), par des formes de décapage des sols (C : escarpements d’érosion de 0,5 à 1,5 m de haut) et par des formes d’érosion des berges de cours d’eau (D : exemple à Lampuuk).

7Les plus fortes valeurs d’érosion verticale (> 2 m) ont été mesurées dans le champ de dunes partiellement végétalisé de Lampuuk (voir dans cet ouvrage Gomez et al., p. 127). La topographie antérieure a été complètement modifiée par le tsunami et certaines dunes ont été complètement arasées (> 4 m). Un paléosol brun a été dégagé par l’érosion des dunes sus-jacentes et en partie érodé à son tour. La densité de la colonisation végétale des dunes a pu jouer un rôle sur leur degré de dégradation. Des escarpements secondaires sur les flancs des dunes suggèrent que le backwash a aussi eu une action érosive.

8Nous avons estimé des taux d’érosion par mètre de côte quand les valeurs de recul du trait de côte coïncidaient avec les mesures d’érosion verticale le long des profils de plage. Le taux d’érosion moyen des plages est de 30 m3 par mètre de côte (Tab. 1). Il excède localement 80 m3 par mètre de côte dans la partie sud de Lhok Nga (près de la cimenterie et du port) et à la pointe de Lhok Nga (derrière le récif frangeant). En considérant un recul moyen de 60 m, une érosion verticale moyenne de 1 m dans la partie supérieure des plages et une surface érodée de 551 690 m2, le volume de sédiments côtiers mobilisés par le tsunami serait d’environ 276 000 m3 sur 9,2 km de côte. Cette estimation ne prend pas en compte le volume de sédiments sous-marins incorporés au volume total de sédiments déposés par le tsunami dans les terres, puis en partie remobilisés par le backwash.

3.3. Érosion des cours d’eau

9L’érosion des berges de cours d’eau, de ravines et de lagunes est difficilement quantifiable, faute de marqueurs. D’après les témoignages et les images Spot et Ikonos « avant-après », nous avons estimé que les berges du fleuve côtier de Lhok Nga avaient reculé de 5 à 15 m, certaines portions ayant reculé de 30 m en aval du pont. Nous n’avons noté aucune différence entre la rive gauche et la rive droite. Les données d’orientation (voir dans cet ouvrage Lavigne et al. et Grancher et al., p. 27 et 49) montrent que le backwash était principalement concentré dans les zones basses, comme les lits des cours d’eau, et qu’il a donc également joué un rôle dans l’érosion des berges.

10Tout au long de la côte ouest, en direction de Calang, les flèches et cordons sableux ont systématiquement été détruits, laissant ainsi l’océan pénétrer dans les lagunes et remonter les cours d’eau. L’érosion des berges est aussi très sévère à Leupung et Lhoong. Les images-satellites confirment que le tracé de certains cours d’eau a migré et que d’anciens chenaux ont été réactivés (nombreux exemples dans la plaine côtière de Banda Aceh). Ceci est le résultat d’une érosion intense dans les zones basses en quelques minutes, suivie d’inondations prolongées par la présence de barrages de débris et d’embâcles. La géométrie du réseau hydrographique et la répartition spatiale des débris durant le backwash déterminent la répartition du nouveau drainage posttsunami. Un an après, ces modifications géomorphologiques majeures semblent perdurer, témoignant ainsi de l’impact du tsunami sur le long terme.

3.4. Érosion des versants et des falaises

11Les versants et les côtes rocheuses ont assurément subi l’action érosive du tsunami, mais toute estimation demeure impossible. La surface rocheuse pré-tsunami n’est que très rarement identifiable et la résolution des images-satellites est insuffisante pour calculer des valeurs de retrait. Nous avons observé des marques d’érosion sur toutes les falaises entre Lhok Nga et Gleebruk. La végétation et le sol ont été presque intégralement décapés sous la limite quasi verticale du run up imprimé sur les falaises et les versants. Les formes d’érosion observées sont des escarpements à la base des versants, des cicatrices plurimétriques profondes de 20 à 50 cm, des blocs rocheux délogés le long des fractures et des plans structuraux des falaises (les calcaires paléozoïques sont particulièrement fracturés et karstifiés dans cette zone). Lorsque la roche était au préalable très altérée et fracturée, le tsunami a été capable de découper des sections entières de versant. Sur la route entre Lhoong et Gleebruk, la route principale a été détruite et la nouvelle route emprunte une tranchée ouverte par le tsunami dans le versant. Les mégablocs de calcaire arrachés ont été déposés dans les rizières à l’arrière-plan. Cependant, ces exemples spectaculaires d’érosion restent rares, malgré l’énergie considérable du tsunami.

4. Quel impact géomorphologique sur le long terme ?

12La plupart des formes d’érosion causées par le tsunami du 26 décembre 2004 à Lhok Nga ont déjà été décrites suite à de récents tsunamis : escarpements d’érosion dans les sols, plages, berges de cours d’eau et versants lors des tsunamis de 1994 à Java-Est (Maramai & Tinti, 1997), de 1992 à Florès (Shi et al., 1995) et de 1998 en Papouasie-Nouvelle-Guinée (Gelfenbaum & Jaffe, 2003). Des barrières de sable ont également été détruites par le tsunami de 1755 en Espagne (Andrade, 1992) et des dunes arasées par des tsunamis holocènes en Nouvelle-Zélande (Regnauld et al., 2004). Les valeurs d’érosion verticale mentionnées par Maramai & Tinti (1997), Shi et al. (1995) et Gelfenbaum & Jaffe (2003), dans le cadre de tsunamis ne dépassant pas 5 à 10 m d’amplitude à la côte, sont comparables à celles que nous avons mesurées à Lhok Nga, mises à part les dunes de Lampuuk (> 4 m). Shi et al. (1995) ont calculé des reculs du trait de côte entre 10 et 50 m et un taux d’érosion maximal de 43 m3 par mètre de côte. Les taux d’érosion du tsunami de 2004 à Lhok Nga sont compris entre 20 et 80 m3/m, avec un taux moyen de 30 m3/m. Nous n’avons pas observé de formes d’érosion en flûtes et vasques sur les plates-formes d’abrasion et les falaises, comme celles décrites au sud-est de l’Australie par Bryant et al. (1996) et Bryant & Nott (2001). Avec une amplitude de 15 m et des run ups de plus de 80 m a.s.l., le tsunami imaginé par Bryant & Nott (2001) est pourtant comparable à celui de décembre2004, mais le contexte lithologique et morphologique est complètement différent. L’origine de ces formes d’érosion demeure énigmatique (Felton & Crook, 2003 ; Nott, 2004). La succession de rentrants et de sortants en arrière de la digue de la piscine de Lhok Nga par exemple et l’érosion des lagunes côtières ne sont pas sans rappeler les chevrons décrits aux Bahamas par Hearty (1997) et en Australie par Bryant et al. (1996), mais leurs dimensions sont 15 à 30 fois inférieures.

13Bien que le tsunami du 26 décembre 2004 soit l’un des plus importants de toute l’Histoire, son impact géomorphologique est plus impressionnant par son étendue que par son intensité. D’après nos estimations, 276 000 m3 de sédiments (sur 550 000 m2) ont été mobilisés sur 9,2 km de côte. Nos multiples mesures de l’épaisseur des dépôts sableux charriés à terre par le tsunami, une fois compilées sur une grille de 100 m (voir dans cet ouvrage Paris et al., p. 99), représentent un volume compris entre 500 000 et 1 500 000 m3 entre Lampuuk et l’embouchure du fleuve côtier de Lhok Nga River. Sur ce même secteur de côte, 120 000 m3 de sédiments côtiers ont été emportés par le tsunami. Nous pouvons donc en conclure que plus de 75 % des dépôts de tsunami sont d’origine sous-marine. De nombreux témoignages de survivants à Lhok Nga confirment que les vagues de couleur sombre étaient très chargés en sédiments. Gelfenbaum & Jaffe (2003) ont également estimé qu’au moins les deux tiers des dépôts du tsunami de 1998 en Papouasie Nouvelle-Guinée venaient de la mer. En revanche, Sato et al. (1995) signalent que les dépôts des tsunamis de 1983 et 1993 au Japon venaient principalement des plages.

14Plus de 300 km de côte ont ainsi été sévèrement affectés par le tsunami à Sumatra. La différence entre les grands tsunamis (amplitude >30 m) et les tsunamis d’intensité modérée (amplitude < 10 m) pourrait donc résider dans l’étendue des dégâts et localement dans l’impact géomorphologique sur le long terme. Bryant et al. (1996) pensent que les grands tsunamis ont été le facteur prédominant dans l’évolution de la côte sud-est australienne au cours de l’holocène. Nous avons entamé un travail de suivi de l’évolution de la côte de Lhok Nga et Banda Aceh entre janvier 2005 et décembre 2005. Les résultats préliminaires montrent que les plages ont ré-engraissé très rapidement entre avril et mai 2005 (fin de la saison des pluies) dans la partie sud de Lhok Nga Point et derrière le récif frangeant. Toutes les lagunes et embouchures de cours d’eau étaient à nouveau fermées par des cordons sableux durant la saison sèche 2005 (voir la photographie aérienne de juin et les observations d’août 2005). En revanche, les secteurs de Lampuuk et du terrain de golf ont peu évolué depuis le tsunami. Sur la côte nord de Banda Aceh, la destruction des polders et aquacultures a conduit à un énorme recul du trait de côte (localement 900-1 600 m). Les photographies aériennes de juin 2005 et nos missions d’août et décembre 2005 ont confirmé que les quartiers nord de Banda Aceh sont systématiquement inondés lors des grandes marées. Un an après le tsunami, l’environnement côtier du nord-ouest de Sumatra était toujours dans une dynamique posttsunami.

5. Conclusions

15Les principales conclusions de cette étude sur l’impact géomorphologique du tsunami du 26 décembre 2004 à Lhok Nga sont les suivantes :

  • l’impact érosif du tsunami s’étend jusqu’à 500 m à l’intérieur des terres et excède 2 km le long des cours d’eau. Le recul global du trait de côte de Lampuuk à Leupung est de 60 m (sur 550 000 m2) et dépasse localement 150 m. Au moins 276 000 m3 de sédiments ont été mobilisés par le tsunami sur 9,2 km de côte sableuse. Le taux d’érosion moyen est donc de 30 m3 par mètre de côte et dépasse par endroits 80 m3/m, mais plus de 75 % des sédiments déposés à terre sont d’origine sous-marine ;
  • la morphologie de la côte et la topographie locale (falaises, digues, constructions) influencent en grande partie l’impact érosif du tsunami. La corrélation entre les taux d’érosion et l’amplitude du tsunami n’est pas du tout évidente. Les secteurs les plus érodés sont situés au nord des grandes baies (Lhok Nga et Leupung) et orientés nord-sud. Ils ont concentré l’énergie du train de vagues venant du sud-ouest. Les récifs frangeants n’ont absolument pas réduit l’impact du tsunami ;
  • un an après le désastre, l’environnement côtier du nord-ouest de Sumatra est toujours dans une dynamique posttsunami. La différence entre les grands tsunamis (amplitude >30 m) et les tsunamis d’intensité modérée (amplitude <10 m) pourrait donc se définir par des évolutions géomorphologiques sur le long terme et par l’étendue des zones dévastées (> 300 km). C’est pourquoi l’identification et l’étude de crises géomorphologiques passées permettront à l’avenir d’évaluer l’intensité d’anciens tsunamis et les risques actuels, pour proposer des solutions d’aménagement adéquates.

Table des illustrations

Légende FIG. 1. Les racines et troncs submergés dans la partie sud de la baie de Lhok Nga suggèrent une subsidence du sol de l’ordre de 1 à 2 m, suite au séisme de magnitude 9,3.
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Légende FIG. 2. Carte de l’impact géomorphologique du tsunami du 26 décembre 2004 à Lhok Nga. Il n’y a pas de corrélation entre les valeurs de recul du trait de côte et la hauteur des vagues de tsunami.
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/3802/img-2.jpg
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Légende FIG. 3. Images satellitales de la partie nord de la baie de Leupung, avant (image Ikonos du 10 janvier 2003) et après le tsunami (image CNES-Spot 5 du 30 décembre 2004).Le recul du trait de côte, excédant 150 m, est attesté par la modification du drainage et la destruction complète des barres sableuses qui, auparavant, venaient fermer les lagunes côtières.
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Légende FIG. 4. L’impact érosif du tsunami se signale par l’érosion des plages (A : érosion verticale de 2 m autour de la piscine ; B : 1,5 m au contact avec la route, elle-même partiellement détruite), par des formes de décapage des sols (C : escarpements d’érosion de 0,5 à 1,5 m de haut) et par des formes d’érosion des berges de cours d’eau (D : exemple à Lampuuk).
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Auteurs

© Éditions de la Sorbonne, 2011

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