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Tsunarisque

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Franck Lavigne
, 
Raphaël Paris

Chapitre 2. Impacts environnementaux du tsunami

Étude sédimentologique des dépôts de tsunami du 26 décembre 2004 à Lhok Nga, ouest de Banda Aceh

Raphaël Paris, Patrick Wassmer, Junun Sartohadi et Franck Lavigne

Résumé

With wave heights of 30 m and runups reaching 50 m a.s.l. and 6 km inland, the December 26, 2004 tsunami in Sumatra was one of the largest tsunamis in recorded human history. In this paper, we present a description of the event in the Lhok Nga Bay (west coast of Banda Aceh) and an interpretation of the tsunami sand deposits, mostly based upon grain-size analysis. The 3.5 km long transect of Lampuuk displays two landward-fining, thinning and sorting sequences. The thickest cross-sections of the first sequence of deposits (0-1.5 km inland) suggest a deposition by three consecutive uprush (inflows) and a final backwash (return flow or outflow). From 1.5 to 3.5 km inland, the record is dominated by the second and highest wave (15-30 m). Normally graded couplets or triplets of layers were used to identify the run up of each wave. The topmost layers, interpreted as the backwash deposition, describe a seaward sequence of increasing mean grain size and decreasing degree of sorting. The local effects of the topography could be identified: thickest deposits in the topographic lows (50-80 cm), great spatial variations in thickness and upper laminated texture when the sedimentation was limited by steep slopes, landward coarsening and very poor sorting at the wave breaking point, bimodal grain-size distributions reflecting different sources of sediments. Finally, by coupling the longitudinal and vertical trends of the 26 cross-sections, we propose a model of sediment transport and deposition in a large tsunami wave.

Texte intégral

1. Introduction

1Les dépôts de tsunami constituent l’enregistrement sédimentaire des tsunamis historiques (ou observés) et des paléotsunamis. Leur identification et leur interprétation fournissent des informations sur les mécanismes de transport et de dépôt au cours d’un tsunami et permettent d’estimer des intervalles de récurrence des séismes tsunamigéniques (Atwater, 1987 ; Minoura & Nakaya, 1991 ; Dawson, 1996 ; Shennan et al., 1996 ; Goff et al., 2001 ; Luque et al., 2001 ; Felton & Crook, 2003 ; Scheffers, 2004 ; Cisternas et al., 2005 ; Williams et al., 2005). Les dépôts de tsunami ont été étudiés lors de chaque événement majeur depuis 1992 (Tab. 2 du chapitre introductif p. 16). Les caractéristiques du tsunami (amplitude, vitesse, direction, turbulence), la topographie et le contexte morphosédimentaire déterminent la répartition spatiale et les particularités des dépôts de tsunami. Les caractéristiques suivantes permettent de les distinguer d’autres dépôts, comme les dépôts de tempête : ils sont étendus à toutes les côtes d’accumulation affectées par le tsunami ; leur taille moyenne décroît généralement en fonction de l’altitude et de la distance par rapport à la côte (landward et upward fining) ; on distingue souvent une stratification interne avec des unités inférieures plus grossières ; ils reposent en discontinuité sur le substratum, ce dernier présentant parfois des formes d’érosion ; les particules varient des sables fins aux blocs plurimétriques ; ils sont riches en bioclastes (coquilles, fragments de coraux etc.), fragments de sol, de plantes et de bois ; les figures d’imbrication indiquent des paléo-courants dirigés à la fois vers la terre et vers la mer, ainsi que des oscillations (Dawson, 1994 ; Nanayama et al., 2000 ; Takashimizu et al., 2000 ; Goff et al., 2001 ; Goff et al., 2004 ; Pérez Torrado et al., 2006). En l’état actuel des connaissances, on ne peut qu’émettre des hypothèses sur les processus de transport et de dépôt de sédiments au cours d’un tsunami. L’une des principales interrogations porte sur le timing de l’enregistrement sédimentaire : les dépôts enregistrent-ils toutes les phases du tsunami ou est-ce une seule vague, la principale ou la dernière, qui domine l’enregistrement en un lieu donné ?

2Nous présentons ici une description et une interprétation, principalement basées sur une étude granulométrique des dépôts sableux charriés à terre par le tsunami du 26 décembre 2004 à Lhok Nga (côte ouest de Banda Aceh : Fig. 1). Les accumulations de blocs de plus de 30 cm déposés sur certaines plages sont traitées dans un article à part (voir Barthomeuf et al., cet ouvrage, p. 137). Des sédiments de taille intermédiaire (2 mm-30 cm), quasiment absents des dépôts de tsunami stricto sensu, se sont déposés sur certaines plages dans les semaines et les mois qui ont suivi la catastrophe (par exemple des cordons de débris coralliens sur la pointe de Lhok Nga).

2. Méthodologie

3Le travail de terrain a été réalisé en janvier et août 2005. Nous avons creusé des dizaines de trous et tranchées dans les dépôts de tsunami, jusqu’à atteindre la surface prétsunami. Les épaisseurs de dépôts mesurées ont été intégrées dans un SIG afin de réaliser une carte en format raster (Fig. 2) et d’estimer le volume de sédiments. Parmi ces coupes, 26 ont été étudiées plus en détail et échantillonnées, 15 d’entre elles formant un transect de 3,5 km de long près de Lampuuk (nord de Lhok Nga). L’orientation de ce transect est conforme à la direction principale du tsunami, soit ouest-est de la pointe de Lhok Nga aux rizières de Lam Loh (Fig. 3). Nous avons réalisé le profil topographique avec un GPS différentiel bifréquence et un télémètre laser. Chaque affleurement de dépôts de tsunami a été mesuré, photographié et décrit (coordonnées, orientation de la coupe, disposition, épaisseur et composition des différentes couches). Nous avons gardé 59 échantillons pour les analyses en laboratoire. Ceux-ci ont d’abord été chauffés dans une solution d’eau oxygénée pour dissoudre la matière organique, puis tamisés à 2 mm. La fraction de travail (< 2 mm) a été introduite dans un granulomètre laser à diffraction. Les résultats sont exprimés en μm et convertis en unité phi (= – log2 mm). Nous avons calculé la taille moyenne, l’indice de tri So, le skewness et le kurtosis pour chaque échantillon. Le skewness est un indice de tri basé sur la symétrie de la distribution granulométrique. Le kurtosis est un autre indice de tri, qui représente la morphologie de la courbe, en pic (homométrique) ou aplatie (hétérométrique) par rapport à une distribution normale. L’observation des échantillons à la loupe binoculaire a fourni des informations complémentaires sur leur composition, la morphologie des grains de quartz (morphoscopie) et les bioclastes incorporés.

FIG. 1. Carte de localisation de la baie de Lhok Nga et des échantillons de dépôts de tsunami récoltés.
Les flèches noires retracent la propagation du tsunami et la ligne blanche discontinue représente la limite d’inondation (image CNES 2004 – Spot 5).

FIG. 2. Carte des épaisseurs de dépôts de tsunami dans la partie nord de la baie de Lhok Nga, réalisée à partir de mesures de terrain reportées puis extrapolées sur une grille de 100 m dans un SIG (coordonnées UTM).
La répartition spatiale des dépôts dépend surtout de la topographie, malgré une tendance à la réduction de l’épaisseur vers les terres. Notez la variation brutale des épaisseurs de sédiments, associée à une rupture de pente à 1-1,5 km de la côte (épaisseur < 5 cm). Les plus importantes accumulations de dépôts sableux correspondent aux zones de pièges à sédiments (ravines, marais, digues).

3. Caractéristiques des dépôts de tsunami

3.1. Épaisseur, texture et composition

4Les dépôts du tsunami à Lhok Nga sont majoritairement composés de sables moyens à grossiers. L’examen morphoscopique révèle un mélange de sables marins (majorité), de plage ou de dune. L’épaisseur des dépôts décroît plus ou moins en fonction de l’altitude et de la distance de la côte, mais ne semble pas uniquement liée à l’amplitude du tsunami (Fig. 2 et 4). Les dépôts les plus épais sont situés dans les zones basses : 44 cm dans une petite baie près de Labuhan (échantillon LAM 3), 52 cm dans une lagune entre Lampuuk et Lhok Nga (NGA 2), 70 cm entre les dunes détruites de Lampuuk, et 82 cm contre un rentrant creusé dans la plage de la cimenterie (LHO 4). La répartition des épaisseurs globales de dépôts le long du transect de Lampuuk montre 4 zones (Fig. 4) : (1) une diminution de l’épaisseur vers les terres jusqu’à la route (à moins de 1 km de la côte), (2) une lacune dans la sédimentation associée à une légère rupture de pente (1-1,5 km), (3) une augmentation de l’épaisseur en débouchant dans les rizières (1,5-2 km) (4) et une baisse progressive jusqu’à la limite observée des dépôts (2-3,5 km). Cependant, cette tendance globale à un épaississement vers la mer n’est plus valable pour les secteurs à relief plus contrasté. Dans la partie sud de la zone d’étude (cimenterie, port, Labuhan), les dépôts du tsunami sont piégés dans de petites baies en forme de croissant encadrées par des falaises à fortes pentes. Nous avons même observé une tendance à l’augmentation des épaisseurs de dépôts vers le fond d’une petite baie proche de Labuhan (échantillons LAM 1-3), où les dépôts présentaient de surprenantes variations de texture d’un endroit à l’autre.

FIG. 3. Vue aérienne oblique de la partie nord de la baie de Lhok Nga (Lampuuk, février 2005). Photo : Patrick Wassmer.

FIG. 4. Caractéristiques granulométriques générales des dépôts de tsunami du transect de Lampuuk.

5Il n’y a pas de relation directe entre le nombre de vagues et le nombre de couches dans les dépôts du tsunami. Un train de vagues, l’arrivée et le retrait d’une seule vague, ou encore leur dynamique interne, peuvent expliquer une structuration en plusieurs couches. À Lhok Nga, 75 % des 26 coupes étudiées présentent une telle stratification. Les affleurements les plus épais, mentionnés précédemment, sont composés de 7 à 15 couches. La partie inférieure des affleurements est généralement plus grossière et massive. La partie supérieure est plus fine et parfois laminée par des pulsations répétées (Fig. 5). De fines lignes à texture boueuse sont souvent intercalées entre les couches de sable. Certaines couches sont elles-mêmes organisées en lentilles plus fines ou plus grossières.

6Les dépôts présentent un enrichissement vers les terres en particules de sol, de racines, de bois, de feuilles et de débris anthropiques (verre, brique, métal, plastique, goudron, etc.). Les particules ou clastes de sol sont particulièrement abondants dans les dépôts situés à proximité des lagunes et des rizières. Les grains de quartz sont surtout de forme subangulaire à subarrondie, comme ceux que l’on trouve sur l’actuelle plage. Certains grains sont partiellement recouverts d’une patine d’oxyde de fer. De nombreux bioclastes sont identifiables : fragments de coraux, spicules triaxiales de coraux et d’éponges, algues calcaires rhodophytes, foraminifères benthiques, gastéropodes, échinodermes (radioles d’oursins de mer) et quelques bryozoaires. Cette microfaune est typique d’un environnement marin peu profond. Nous n’avons détecté aucune répartition spatiale particulière de la quantité de bioclastes présents dans les dépôts.

FIG. 5. Dépôts de tsunami près des dunes de Lampuuk, montrant des structures effilées et des clastes décimétriques de sol.
La partie inférieure est plus grossière, tandis que la partie supérieure plus fine est laminée.

3.2. Évolution de la taille moyenne et tri des sédiments

7La diminution de la taille moyenne des dépôts de tsunami vers l’intérieur des terres (landward fining) est souvent mentionnée (Goff et al., 2001) et a été clairement démontrée pour le tsunami de Florès en 1992 (Shi et al., 1995 ; Minoura et al., 1997). Cependant, ce n’est pas le cas des dépôts du tsunami de Java-Est en 1994 (Dawson et al., 1996). En effet, les variations spatiales de la taille moyenne des particules sont aussi contrôlées par l’origine des sédiments et par la topographie (Dawson et al., 1996 ; Gelfenbaum & Jaffe, 2003 ; Jaffe et al., 2003). L’évolution de la taille moyenne sur le transect de Lampuuk est caractérisée par deux séquences successives de landward fining (Fig. 4), mais la corrélation entre ces variations de taille et les variations d’épaisseur n’est pas évidente. La première séquence s’achève à 1 km de la côte, au niveau de la rupture de pente (échantillons NGA 4 à 12), et la seconde parcourt la rizière (NGA 14 à 18). Ce landward fining en deux séquences pourrait refléter plusieurs vagues d’amplitude et de propagation différentes. Comme à Florès en 1992 et Java en 1994 (Shi et al., 1995 ; Dawson et al., 1996), il existe une corrélation positive entre la tendance au landward fining et l’augmentation des indices de tri (Fig. 4 : So et kurtosis), sauf lorsque les premières pentes rencontrées par les vagues sont très fortes (par exemple LHO). Le kurtosis, associé au skewness, semble plus significatif que le So, car il n’est pas contrôlé par la taille d’origine des sédiments. Le grossissement moyen des particules (landward coarsening) entre les échantillons NGA 16 et NGA 17 pourrait indiquer le déferlement d’une vague au pied de la colline du village de Lam Loh (Fig. 4 : plus fortes valeurs d’indices de tri à NGA 17). Finalement, les variations de pente, même ténues (< 5° à Lampuuk), semblent capables de modifier l’épaisseur et la taille moyenne des dépôts d’une vague de 15 à 30 m de haut. Sur la falaise au nord de Lampuuk, le tsunami a culminé à plus de 30 m d’altitude et transporté du sable jusqu’à au moins 20 m. Ces dernières remarques suggèrent que différents modes de transport interviennent ou se relaient, de la suspension à la charge de fond. Une vague de tsunami se caractérise par des changements rapides du régime de turbulence et de hauteur d’inondation, de l’uprush au backwash, déterminant ainsi des variations dans les processus de transport et de dépôt.

FIG. 6. Dépôts de tsunami au sud de Lhok Nga, près de la cimenterie.
La coupe est épaisse de 82 cm et organisée en 4 unités. Les unités A et B sont interprétées comme les dépôts de deux vagues distinctes et les unités C et D comme les dépôts d’une période de latence précédant le backwash final (flux de retrait).

3.3. Types de distribution granulométrique et source des sédiments

8Les faibles valeurs de taille moyenne sont logiquement associées aux fortes valeurs de skewness et de kurtosis (coefficients de corrélation R2 >0,8). Les corrélations entre l’épaisseur, l’indice de tri So et les autres indices ne sont pas bonnes (R2 <0,4). Nous distinguons trois types de distribution granulométrique en combinant toutes les données (Fig. 7) :

  1. Les sables grossiers (800-580 μm, soit 0,3-0,8), avec une courbe de distribution désaxée vers les fractions grossières (skewness < 0,7), parfois bimodale (NGA 6 et 8), et aplatie (kurtosis < 0). L’indice de tri So est compris entre 1,3 et 1,6 (mal trié). Ces dépôts de type 1 sont particulièrement riches en bioclastes grossiers. On les rencontre moins souvent au-delà de 4 m d’altitude (500 m/ côte sur le transect de Lampuuk).
  2. Les sables moyens à grossiers (580-400 μm, soit 0,8-1,3) sont plus difficiles à définir, bien qu’aussi fréquents que les deux autres types. Ils présentent une distribution granulométrique proche d’une distribution normale (NGA 2e, 9a et 14a), avec un indice de tri très faible (So > 1,5). Cependant, on rencontre aussi des distributions bimodales (NGA 7e, NGA 2d).
  3. Les sables de taille moyenne (400-230 μm, soit 1,3-2,1) ont une distribution dissymétrique vers les fines (skewness > 1,1), parfois légèrement bimodale (NGA 18) et en pic (fortes valeurs de kurtosis). Ils sont donc mieux triés que les deux types précédents et deviennent plus fréquents en s’éloignant de la côte.

FIG. 7. Courbes de distributions granulométriques des dépôts de tsunami du transect de Lampuuk.

9Nous n’avons pas trouvé de différence significative entre les épaisseurs moyennes de chaque type de distribution, couche par couche (7,9 cm pour le type 1, 7,1 cm pour le type 2 et 6,9 cm pour le type 3). Avec une taille moyenne de 422 μm, un So de 1,52 et un skewness de 1,08, le sable prélevé sur la plage (Fig. 4) se situe à la transition entre les types 2 et 3. Cette observation, allant de pair avec les importants reculs de plage enregistrés à Lhok Nga après le tsunami (voir dans cet ouvrage Paris et al., p. 99), suggère qu’une grande partie des dépôts de tsunami provient des plages et du platier, même si les lagons, les lagunes et les dunes ont aussi fourni des sédiments. Gelfenbaum & Jaffe (2003) ont estimé que plus de la moitié du volume de sable du tsunami de 1998 en Papouasie-Nouvelle-Guinée provenait de la mer. Sato et al. (1995) ont démontré auparavant que les dépôts de tsunami de 1983 et 1993 au Japon étaient principalement constitués de sable de plage.

10Les distributions bimodales sont très souvent associées aux faibles indices de tri (kurtosis < – 0,4, So > 1,4). Elles sont plus fréquentes entre 150 et 400 m de la côte à Lampuuk, c’est-à-dire là où les sources de sédiments sont les plus variées et là aussi où s’est achevé le backwash. L’existence de distributions granulométriques bimodales dans des dépôts de tsunami traduit plusieurs processus possibles : une incorporation de sédiments marins et continentaux au cours de l’uprush, un remaniement des dépôts de l’uprush par le backwash ou par les vagues suivantes. La tendance bimodale est exceptionnellement accentuée pour les échantillons NGA 17, récoltés au pied d’une colline où la vague a déferlé. Seule une analyse de la stratigraphie et de la structuration interne des dépôts peut maintenant nous permettre de mieux comprendre les relations entre les distributions granulométriques, couches par couches, les processus de transport et de dépôt, et les caractéristiques du tsunami.

3.4. Interprétation de la stratigraphie interne des dépôts

11L’interprétation de la structuration des dépôts de tsunami en plusieurs couches est toujours délicate. Sur les coupes observées à Lhok Nga, chaque vague (en l’occurrence 3 vagues minimum (voir dans cet ouvrage Lavigne et al., p. 27) n’a pas laissé une seule et même couche. Même la première vague (<5 m) a érodé et déposé une grande quantité de sédiments qui ont ensuite été remaniés par la deuxième vague (15-30 m), puis à nouveau par la troisième et enfin par le backwash. La partie est du transect de Lampuuk (de 1,5 à 3,5 km vers l’est) est plus facile à interpréter, car affectée uniquement par la deuxième vague, sans backwash (voir dans cet ouvrage Lavigne et al., p. 27). Nous pouvons donc considérer que les dépôts des coupes NGA 14 à 18 n’ont enregistré que cette deuxième vague (Fig. 8). Les coupes NGA 15 et 16 présentent deux couches (a-b), avec un granoclassement normal de la première à la seconde, également observé de NGA 14b à 14c. Ces observations concordent avec les descriptions des dépôts du tsunami de 1992 au Nicaragua par Higman & Bourgeois (2002). Ces auteurs indiquent qu’une seule vague a laissé un dépôt en deux couches, la couche inférieure étant plus grossière que la couche supérieure. De tels duos de couches ont également été décrits par Clague et al. (2000) en Colombie-Britannique et par Dawson et al. (1996) à Java. Appliquée aux dépôts du tsunami de 2004 à Lhok Nga, l’identification de ces duos suggère que plusieurs coupes enregistrent une seule vague (NGA 14, 15 et 16 sans les rizières, LHO 1-2-5-6 près de la cimenterie). Dans la partie ouest du transect de Lampuuk (de 0 à 1 km), 4 coupes comportent aussi des duos de couches à granoclassement normal (NGA 9b-c, NGA 10a-b, NGA 2e-f, NGA 7 d-e), précédés par des trios à granoclassement normal pour les coupes les plus épaisses (NGA 2b-c-d et NGA 7 a-b-c). La partie supérieure de chaque duo ou trio est généralement mieux triée que la partie inférieure (voir kurtosis). Certaines couches sont elles-mêmes organisées suivant un granoclassement inverse (NGA 7b). Les caractéristiques granulométriques des coupes NGA 2 et 7, couche par couche, semblent retracer le passage de deux vagues distinctes, probablement la deuxième et la troisième. Suivant cette interprétation, les couches intercalées entre le sol et les duos ou trios de couches pourraient être les restes des dépôts de la première vague (NGA 2a) ou de la deuxième vague (NGA 9a).

FIG. 8. Séquence stratigraphique et interprétation du transect de Lampuuk.

12Cinq coupes ne sont composées que d’une seule couche, épaisse de moins de 10 cm et sans granoclassement interne (NGA 4, 6, 8, 11, 12). La séquence longitudinale définie par ces coupes (Fig. 4 et 8) a dû être formée lors du backwash. Cette idée est renforcée par les nombreux arbres orientés vers la mer à proximité de ces coupes. L’identification de la limite uprush/backwash sur les autres coupes est plus difficile. Pour les coupes comportant plusieurs couches, nous avons interprété la dernière couche déposée comme issue du backwash, pourvu qu’elle ne soit pas intégrable à un duo ou trio à granoclassement normal (ex. NGA 2g, NGA 7f, LHO 2c). Au final, toutes les couches identifiées au backwash décrivent une séquence de taille moyenne croissante vers la mer (distributions du type 3 au type 1), associée à un indice de tri décroissant (surtout pour le kurtosis). Une coupe dans les dépôts de tsunami flanqués entre la berge et le lit d’un cours d’eau près du golf de Lhok Nga montre des sables grossiers, recouvrant des sables fluviatiles prétsunami, interprétés comme les dépôts du run up, remobilisés et enrichis en matière organique (partie supérieure de la coupe) lors d’un puissant backwash concentré dans le lit fluvial.

13Les coupes près de la cimenterie (LHO et LAM) ne sont pas organisées de façon aussi marquée que le transect de Lampuuk (NGA). Le transport de sédiments par le tsunami a été compliqué par les versants très pentus situés à 250 m de la côte, de telle sorte que la succession de trois vagues n’est pas enregistrée sur les transects. Les coupes LAM 1, LAM 3 et LHO 4 sont divisées en plus de 10 couches. On distingue une partie inférieure massive, épaisse de 15 à 30 cm, riche en corail et composée d’une première couche plus grossière avec des lentilles plus fines (Fig. 6). La partie supérieure de LHO 3 comporte 3 couches dont les caractéristiques sont peu différenciées (Fig. 10). La partie supérieure de LHO 4 est une succession sur 54 cm de sables grossiers laminés, avec de petits blocs de beach-rock en surface (Fig. 6). Comme le suggèrent Dawson et al. (1996), une sédimentation pourrait intervenir durant une période de latence, caractérisée par de grandes oscillations entre les phases de run up et de backwash. Ces périodes intermédiaires nous ont été confirmées par les témoignages de survivants au sud de Lhok Nga, expliquant ainsi une sédimentation multiphasée (laminations) après le run up initial. L’onde de tsunami, bloquée par les reliefs côtiers, reste turbulente tout au long de son passage, chaque vague disposant du matériel laissé en suspension par la précédente, d’ou des épaisseurs importantes de dépôts mais une répartition limitée spatialement.

4. Un modèle de transport et de dépôt de sédiments par les grands tsunamis

14Les caractéristiques des dépôts du tsunami de décembre 2004 à Lhok Nga apportent quelques éclaircissements sur les processus de transport et de dépôt de sédiments au cours des grands tsunamis. La deuxième et plus haute vague (15-30 m à la côte) est enregistrée tout au long de notre transect de Lampuuk et domine la séquence sur toutes les coupes. Notre interprétation des dépôts amorce une première tentative de modèle de transport et de dépôt par les grands tsunamis (Fig. 9) :

  • phase préliminaire : en premier lieu, l’arrivée du front turbulent de la vague est précédée par une phase de retrait de la mer et une dynamique de cisaillement horizontal en eau peu profonde, susceptibles de remanier les dépôts d’une vague précédente ;
  • phase d’érosion : le front est très turbulent et érosif ; il incorpore de grandes quantités de sédiments et de fragments de sol, de corail, etc. Le principal processus de transport, avant qu’il ne soit mieux organisé, pourrait se limiter à des panaches de sable ;
  • première phase de sédimentation : l’originalité de la deuxième vague à Lhok Nga est son vortex venant déferler en arrière d’un front turbulent (voir dans cet ouvrage Lavigne et al., p. 27), décrits par de nombreux survivants. La transition entre le front et le vortex détermine une première ségrégation entre les sédiments embarqués dans le vortex et ceux emportés par des courants de charge de fond (partie inférieure plus grossière des duos ou trios de couches à granoclassement normal). Des processus secondaires de roulement ou de glissement pourraient instantanément remanier les dépôts dans les zones basses (berges de cours d’eau et de lagunes, aléas de la topographie urbaine) ;
  • deuxième phase de sédimentation : après le passage du front, le transport de sédiments tend à s’organiser en suspension multiphasée, comme l’atteste le granoclassement normal associé à un tri décroissant (partie supérieure des duos ou trios de couches). En effet, le granoclassement normal implique une suspension dans le cadre d’un flux en perte de vitesse et de turbulence, les particules les plus grossières et les plus lourdes étant déposées avant les plus fines ;
  • troisième phase de sédimentation : la période de latence avant la vague suivante ou avant le backwash donne lieu aux derniers dépôts d’uprush (dernière couche des trios ou séquences laminées au pied des versants escarpés venant casser l’uprush). Les deuxième et troisième phases de sédimentation pourraient représenter plus de 50 % du volume total de sédiments déposés (d’après les épaisseurs cumulées sur le transect de Lampuuk) ;
  • dernière phase de sédimentation et d’érosion : le backwash d’un tsunami est un écoulement gravitaire, contrôlé par la topographie et la concentration en sédiments (Cantalamessa & Di Celma, 2005). Les dépôts que nous interprétons comme le résultat du backwash représentent 20 % du volume total de sédiments sur le transect de Lampuuk (30 % si on ne considère que les zones où un backwash a eu lieu). Quand il est canalisé (cours d’eau par exemple), le backwash devient plus érosif et remanie la partie supérieure des dépôts du run up, comme l’ont démontré Bondevik et al. (1997) dans des lacs envahis par un tsunami en Norvège.

FIG. 9. Modèle de transport et sédimentation au cours d’un grand tsunami (amplitude de 15-30 m à la côte).
Les nombres indiquent les phases successives de sédimentation par duos ou trios de couches à granoclassement normal.

15Notre modèle de transport et de dépôt de sédiments n’inclut pas l’évolution de la vague une fois qu’elle a déferlé (soit à plus de 3,5 km dans les terres à Lampuuk). Seuls les échantillons que nous avons récoltés au pied de la colline du village de Lam Loh (NGA 17, très mal triés et bimodaux) coïncident avec une zone de déferlement de la deuxième vague, suite à laquelle la vitesse du flux augmente jusqu’à 70 km/h (d’après les témoignages). Cependant, le volume croissant de débris incorporés par le tsunami modifie progressivement sa dynamique, qui devient plutôt comparable à une coulée de débris après son déferlement (surtout à Banda Aceh, voir les vidéos diffusées par Metro TV). L’enregistrement sédimentaire est alors principalement contrôlé par les interactions entre débris et par la topographie urbaine.

5. Conclusions

16Les dépôts de tsunami du 26 décembre 2004 sur les côtes de Sumatra représentent un cas d’école pour l’interprétation des dépôts associés aux grands tsunamis. Notre transect de Lampuuk, long de 3,5 km, enregistre 3 vagues et un backwash entre 0 et 1,5 km, puis seulement la deuxième vague haute de 15 à 30 m, expliquant ainsi les deux séquences successives d’épaisseur, de taille moyenne et d’indice de tri décroissants. Les duos et trios de couches à granoclassement normal ont été utilisés pour identifier chaque vague. Les couches supérieures, interprétées comme le dépôt du backwash, décrivent une séquence de plus en plus grossière et mal triée vers la mer. Les distributions granulométriques bimodales reflétant plusieurs sources de sédiments sont typiques des dépôts de backwash ou des dépôts d’uprush situés au pied des versants. Les effets locaux de la topographie ont pu être identifiés : dépôts les plus épais dans les zones basses, importante variabilité spatiale d’épaisseur et figures de lamination quand la propagation de l’uprush s’est brisée sur de fortes pentes, augmentation de la taille moyenne et très faible tri dans la zone de déferlement. Notre modèle de transport et de dépôt de sédiments au cours d’un grand tsunami montre qu’une étude granulométrique, couplée aux variations longitudinales et verticales des dépôts, demeure un puissant outil pour l’interprétation des enregistrements sédimentaires d’événements hydrologiques de haute énergie.

17Avec environ 250 tsunamis répertoriés depuis 4 siècles (National Geophysical Data Center, NOAA), l’Indonésie est un des pays les plus affectés au monde. Bien que ce risque soit notoire, les dépôts d’anciens tsunamis et leurs intervalles de récurrence sont fort peu connus. Il s’agit là d’un défi à relever, pour améliorer la cartographie et la prévention des risques de tsunami en Indonésie, en tirant les leçons de la catastrophe du 26 décembre 2004.

Table des illustrations

Légende FIG. 1. Carte de localisation de la baie de Lhok Nga et des échantillons de dépôts de tsunami récoltés.Les flèches noires retracent la propagation du tsunami et la ligne blanche discontinue représente la limite d’inondation (image CNES 2004 – Spot 5).
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/3803/img-1.jpg
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Légende FIG. 2. Carte des épaisseurs de dépôts de tsunami dans la partie nord de la baie de Lhok Nga, réalisée à partir de mesures de terrain reportées puis extrapolées sur une grille de 100 m dans un SIG (coordonnées UTM).La répartition spatiale des dépôts dépend surtout de la topographie, malgré une tendance à la réduction de l’épaisseur vers les terres. Notez la variation brutale des épaisseurs de sédiments, associée à une rupture de pente à 1-1,5 km de la côte (épaisseur < 5 cm). Les plus importantes accumulations de dépôts sableux correspondent aux zones de pièges à sédiments (ravines, marais, digues).
URL http://books.openedition.org/psorbonne/docannexe/image/3803/img-2.jpg
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Légende FIG. 3. Vue aérienne oblique de la partie nord de la baie de Lhok Nga (Lampuuk, février 2005). Photo : Patrick Wassmer.
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Légende FIG. 4. Caractéristiques granulométriques générales des dépôts de tsunami du transect de Lampuuk.
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Légende FIG. 5. Dépôts de tsunami près des dunes de Lampuuk, montrant des structures effilées et des clastes décimétriques de sol.La partie inférieure est plus grossière, tandis que la partie supérieure plus fine est laminée.
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Légende FIG. 6. Dépôts de tsunami au sud de Lhok Nga, près de la cimenterie.La coupe est épaisse de 82 cm et organisée en 4 unités. Les unités A et B sont interprétées comme les dépôts de deux vagues distinctes et les unités C et D comme les dépôts d’une période de latence précédant le backwash final (flux de retrait).
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Légende FIG. 7. Courbes de distributions granulométriques des dépôts de tsunami du transect de Lampuuk.
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Légende FIG. 8. Séquence stratigraphique et interprétation du transect de Lampuuk.
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Légende FIG. 9. Modèle de transport et sédimentation au cours d’un grand tsunami (amplitude de 15-30 m à la côte).Les nombres indiquent les phases successives de sédimentation par duos ou trios de couches à granoclassement normal.
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© Éditions de la Sorbonne, 2011

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