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Développement d’une méthodologie d’analyse spatiale des destructions consécutives au tsunami du 26 décembre 2004 (Banda Aceh, Indonésie)

Premiers résultats pour l’élaboration de futurs scénarios de risque
Developing a spatial analysis methodology of the destruction caused by the tsunami of 26 December 2004 (Banda Aceh). First results for the production of future risk scenarios
Frédéric Leone, Freddy Vinet, Jean-Charles Denain et Syamsul Bachri
p. 77-90

Résumés

Le tsunami d’origine sismique du 26 décembre 2004 a provoqué une catastrophe sans précédent autour de l’Océan Indien. L’agglomération de Banda Aceh a été détruite sur un tiers de sa superficie et a connu près de 70 000 victimes. A la faveur du programme de recherche international Tsunarisque, ce travail apporte un éclairage complémentaire sur la reconstitution de la dynamique et l’intensité du tsunami au sein de la ville. Il est fondé sur un protocole méthodologique original, d’analyse spatiale des dommages au bâti à partir de reconnaissances de terrain et de photo-interprétations. Il en ressort une cartographie très précise de la zone de déferlement de la seconde vague révélée par une baisse brutale du gradient d’endommagement à environ 2,7 km dans les terres. Par ailleurs, la mise au point de typologies adaptées du bâti et des dommages permet aussi de proposer une toute première échelle d’intensité « macro-tsunamique ». Cette analyse est complétée par des courbes d’endommagement donnant les correspondances statistiques entre les intensités moyennes des dommages et les hauteurs d’eau. Ces résultats laissent entrevoir des applications en termes de modélisation des pertes potentielles associées à un tsunami.

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Texte intégral

Banda Aceh : un cas d’étude sans précédent

1Avec près de 70 000 morts (JICA, 2005) et des milliers de bâtiments détruits, l’agglomération de Banda Aceh (Sumatra, Indonésie), représente la zone de plus forte densité de dégâts liés à l’impact du tsunami du 26 décembre 2004 sur le pourtour de l’Océan Indien. Le séisme déclencheur, de magnitude (Mw) exceptionnelle de 9.3 (Stein et al. 2005), s’est produit à 7h58m53s heure locale, à environ 255 km au Sud-Ouest de Banda Aceh (fig. 1). Le tsunami s’est propagé à près de 600 km/h vers les côtes de Sumatra pour atteindre le secteur de Banda Aceh 25 mn après le séisme (Borrero, 2005). Au moins deux vagues principales suivies de plusieurs autres se sont alors répandues sur la ville. Les effets à terre ont été visibles jusqu’à 5 km de la côte. Dans le secteur littoral de Ulee Lheu, à l’Ouest de Banda Aceh, les hauteurs d’eau ont atteint près de 15 m (Lavigne et al., 2006). La première vague semble avoir été de faible hauteur (1 à 1,5 m) mais très rapide (plus de 50 km/h) et très turbulente avec un déferlement progressif de type glissant. La seconde vague est arrivée environ 3 mn après, soit vers 8h14 locale. Elle était de plus grande hauteur (14,1 m maximum à Ulheu Lee) avec un déferlement de type plongeant ou en volute. Elle s’est déplacée à l’intérieur des terres avec une vitesse moyenne de 30 km/h (Lavigne et al., 2006). La pénétration sur Banda Aceh s’est faite selon deux directions sub-perpendiculaires liées à la configuration topographique des lieux. Un flot principal venant du Nord-Ouest est venu rencontrer un flot secondaire en provenance de Lhok Nga au sud-ouest, précisément au lieu dit Lampisang. Dans certains secteurs situés à l’Est de la ville (Kajhu), le retrait des eaux (backwash) aurait violement percuté une troisième vague. Toujours à Kajhu, les témoignages font état d’une submersion prolongée de près de deux heures.

Fig.1 – Situation de la zone d’étude au sein de la ville de Banda Aceh.

Fig.1 – Situation de la zone d’étude au sein de la ville de Banda Aceh.

2Au lendemain de la catastrophe, les premières évaluations satellitaires des dommages laissaient apparaître une agglomération dévastée à des degrés divers sur près des deux tiers de son territoire (SERTIT, 2004). Cette première analyse, largement illustrée par les médias du monde entier, permettait de prendre la mesure de l’exceptionnelle gravité de cet évènement et de mobiliser l’aide d’urgence internationale. Elle fut suivie des premières reconnaissances de terrain ponctuelles sur les dommages, notamment en Thaïlande (Ghosh et al., 2005 ; Srivichai et al., 2005 ; Thanawood C. et al., 2006) et en Indonésie (Borrero, 2005 ; Ghobarah et al., 2006). Dans un second temps (mars 2005), un premier diagnostic-terrain complet des dommages aux infrastructures (réseaux vitaux et bâtiments) était accompli par des équipes scientifiques japonaises. Ce travail a permis de dégager quelques bilans statistiques matériels et humains assortis de cartographies au 1:50 000pour préparer le schéma de reconstruction de la ville (JICA, 2005).

3Par la suite, aucune restitution cartographique détaillée des dommages à l’échelle locale (inférieure au 1:10 000) ne semble avoir été menée à des fins scientifiques de reconstitution du phénomène et de ses effets. De telles approches spatiales basées sur un diagnostic terrain des pathologies du bâti sont pourtant courantes après de gros séismes destructeurs. Assurées habituellement par des spécialistes de la construction parasismique et des géologues, elles ont permis des avancées significatives dans la connaissance des mécanismes du phénomène et de ses effets, au moyen de cartes d’intensité macrosismique. Or, aucune démarche équivalente n’est décrite à ce jour dans la littérature scientifique pour les tsunamis.

4Notre recherche vise précisément à combler cette lacune. Elle privilégie une approche géographique et quantitative des dommages au bâti sur un secteur représentatif de Banda Aceh. Cela nécessite au préalable de définir un protocole méthodologique original mais reproductible, et de comprendre les modalités d’endommagement propres aux tsunamis. L’objectif est de mieux caractériser certains aspects du phénomène comme l’intensité de ses effets et la position de la zone de déferlement. On en tire également des bilans statistiques sur 892 bâtiments, à partir desquels sont ébauchées des courbes d’endommagement. Elles viendront alimenter les futurs scénarios de risque tsunami et de quantification des pertes associées, à l’instar de ce qui se pratique déjà pour les séismes. Les applications futures pourront porter sur des contextes géographiques proches, en terme d’occupation du littoral et de nature du bâti, en particulier dans les DOM TOM.

La mise au point d’un protocole d’analyse inédit

5Notre analyse s’est portée sur un secteur de 7 km2 compris entre le littoral de Ulee Lhee et la grande place de Kampung Baru (Place de l’avion) (fig. 1). Il s’agit d’un secteur représentatif de la diversité du bâti et des modalités d’endommagement. Il offre une forte densité de bâtiments avec en moyenne 885 unités au km2. D’ouest en est, ce secteur comprenait une portion littorale formée d’un lido (Ulee Lheu) et de lagunes aménagées en parcs à crevettes, des zones résidentielles entrecoupées de petites rizières et une zone d’habitat très concentré proche du centre ville. Le tout est encore relié par une route principale en situation diagonale NO-SE par rapport à notre cadre d’étude. L’est de la zone est traversé par un canal d’orientation sub-méridienne. Le choix du terrain a été défini avant tout sur la base d’un gradient décroissant NE-SO des hauteurs d’eau mesurées par rapport au sol,allant de 14,1 à 0 m. Il s’agit d’un secteur fortement éprouvé par le tsunami. Outre ses commodités d’accès, ce secteur présente l’intérêt d’être très bien couvert depuis l’espace : avant la catastrophe par une scène du satellite Quick Bird du 23/06/2004 (résolution 60 cm) ; après la catastrophe par deux missions photographiques aériennes de janvier 2005 et juin 2005 (30 cm), une scène Quick Bird du 28/12/2004 (60 cm) et une scène Ikonos du 03/01/2005 (1 m).

6Un diagnostic systématique du bâti a été conduit sur le terrain du 16 au 25 janvier 2006, soit un peu plus d’un an après l’évènement, en pleine phase de reconstruction (Leone et al., 2006). Néanmoins, les dommages étaient encore très visibles malgré quelques opérations de réparation de certains bâtiments. Par commodité de repérage, nous avons découpé notre secteur d’étude en mailles de 500 m de côté. Du fait de l’absence de cartes précises de la zone et des transformations du terrain (routes et chemins détruits) opérées par le tsunami, nous avons privilégié un repérage précis sur fonds photographiques aériens de juin 2005, préalablement redressés et géoréférencés (orthophotos). La qualité de ces fonds (résolution 30 cm) a permis de nous dispenser d’un GPS et de pouvoir constituer la base d’un système d’information géographique très précis. Globalement, peu de transformations ont été constatées dans l’occupation du sol entre la période de notre mission et la date des photo-aériennes utilisées (5 mois), si ce n’est l’apparition de nouvelles constructions.

7Après des premiers repérages de terrain dans la zone sélectionnée mais aussi en d’autres secteurs de la ville, nous avons établi une typologie simplifiée du bâti et des modes et niveaux d’endommagement du bâti visibles sur le terrain. Nous avons tenté d’établir en permanence une correspondance visuelle entre les observations de terrain et les clichés aériens. Sur le terrain, nous avons accordé une priorité d’analyse aux bâtiments partiellement détruits (1230 unités). Ceux totalement rasés par le tsunami ou au contraire non affectés (angle SE) ont été identifiés par photo-interprétation (4970 unités). Les bâtiments totalement disparus après déblaiement, ou ceux dont les dalles ont été recouvertes de gravats ou réutilisées pour reconstruire, ont été identifiés par photo-interprétation d’extraits (gratuits) des scènes Quick Bird d’après la catastrophe (source http://www.digitalglobe.com).

8Le repérage terrain a été complété par des photographies au sol permettant d’affiner le diagnostic en laboratoire. Ce diagnostic repose sur une analyse rapide et visuelle des dommages et ne nécessite pas de connaissances poussées en ingénierie des structures. L’attention s’est portée sur les atteintes aux éléments de la structure du bâtiment, leurs liaisons et les différents types de matériaux utilisés. Des codes correspondant aux classes de vulnérabilité des bâtiments et à leur niveau d’endommagement ont été portés sur chaque bâtiment identifié. L’ensemble de la base de données (6200 bâtiments renseignés) a fait l’objet d’un SIG structuré dans le logiciel MapInfo® (fig. 2). Les traitements cartographiques suivants ont été également assurés par un module d’analyse spatiale (Vertical Mapper®).

Fig.2 – Carte des bâtiments diagnostiqués

Fig.2 – Carte des bâtiments diagnostiqués

Des modalités d’endommagement spécifiques

9Bien que d’une magnitude (Mw) exceptionnelle de 9.3 (Stein et al. 2005), les effets du séisme ont été minimes à Banda Aceh, comparativement à ceux du tsunami. L’examen des dommages sur les bâtiments préservés par le tsunami le confirme, tout comme les témoignages des survivants collectés au cours de notre mission ou par d’autres équipes (Boen, 2006, p. S807), ou bien une séquence vidéo amateur tournée au moment des secousses.

10Le tsunami est avant tout un phénomène hydraulique de submersion marine caractérisé à terre par un écoulement à forte charge solide non-newtonien (Chanson, 2005). L’action dommageable d’un tsunami se traduit sur le continent par plusieurs processus pouvant se succéder et/ou se surimposer dans le temps et l’espace. Chaque processus produit des mécanismes de ruine spécifiques qui renseignent à leur tour sur la magnitude du phénomène. Les reconnaissances de terrain ont permis de diagnostiquer 7 processus majeurs associés au passage d’un tsunami sur le milieu terrestre (fig. 3). Chacun peut être décrit par un ou plusieurs paramètres physiques (critères de magnitude) en théorie quantifiable et modélisable. En lien avec la dynamique d’une vague de type plongeant (cas de la seconde vague), on peut différencier ces processus élémentaires en nature et en nombre selon que l’on se trouve en amont (zone de transit ou de transfert), au sein, ou à l’aval (zone d’inondation) de la zone de déferlement (cassage de la vague) (fig. 3). Les zones de transit et de déferlement se caractérisent par des écoulements turbulents de très forte énergie tandis que la zone d’inondation donne des écoulements laminaires beaucoup moins rapides. Ce découpage spatial simplifié et donc chronologique devient évidemment beaucoup plus complexe à modéliser ou à reconstituer lorsque plusieurs vagues se succèdent, comme ce fut le cas à Banda Aceh.

Fig.3 – Décomposition du tsunami en 3 zones de dynamiques différentes sur photo-montage. Processus et modes d’endommagement dominants à terre associés (seconde vague)

Fig.3 – Décomposition du tsunami en 3 zones de dynamiques différentes sur photo-montage. Processus et modes d’endommagement dominants à terre associés (seconde vague)

11Les processus dominants associés sont des actions hydrodynamiques temporaires impliquant des forces de pression et d’impact qui sont fonction de la vitesse de l’écoulement, de sa hauteur et de sa charge solide. Y sont également associés des effets d’érosion (abrasion, affouillement) et d’accumulation de débris divers, arrachés, charriés puis déposés par le tsunami. Les gros objets flottants, comme les bateaux ou les voitures, peuvent provoquer des effets d’impact et d’embâcle très dommageables pour les infrastructures, parfois à plusieurs kilomètres du rivage. On retrouve à Banda Aceh un bateau de 63 m de long et 20 m de large appartenant à la compagnie nationale d’électricité (PLN) et qui a été déposé à 2,6 km de sa zone de stationnement habituelle. Le retrait des eaux (backwash) joue un rôle dommageable mineur sur les infrastructures. La fin du processus laisse subsister des poches d’inondation plus ou moins permanentes d’eaux salées préjudiciables pour certains matériaux. Un an après le passage du tsunami, certains secteurs affouillés, très anciennement marécageux (puis asséchés) ou affaissés, laissaient entrevoir des bâtiments avec les fondations dans l’eau.

12Toute tentative de mise au point de matrices ou fonctions d’endommagement nécessite de pouvoir quantifier au préalable les processus d’endommagement avec des critères physiques simples débouchant sur des échelles de magnitude. La vitesse des écoulements et leur hauteur sont les deux paramètres physiques les plus accessibles et pertinents pour tenter de modéliser a priori ou a posteriori le potentiel de destruction d’un tsunami, faute de pouvoir reconstituer facilement le champ des pressions et donc d’en déduire les effets directs sur les infrastructures. Des auteurs mentionnent des pressions d’environ 6,8 tonnes/m2 sur le front de mer de Kamala Beach (Phuket) en Thaïlande pour une hauteur de vague de 3 m (Srivichai et al., 2005). Les forces de pression exercées sont en effet fonction des masses en mouvement et donc des innombrables débris transportés, ce qui laisse supposer un champ des déformations sur le bâti très anisotrope et aléatoire. Les nombreux embâcles formés par ces mêmes débris et les effets d’abri liés aux bâtiments ne feraient que complexifier une éventuelle modélisation. A Banda Aceh, la vitesse de l’écoulement a pu être déterminée ponctuellement à partir de deux vidéos amateurs (source http://www.asiantsunamivideos.com). L’une tournée à environ 2,5 km de la côte dans le centre de Banda Aceh (près de la Grande Mosquée) montre un flot de débris de 1,5 m de hauteur dont le front avance à une vitesse de l’ordre de 1,5 à 1,7 m/s (Chanson, 2005). Il s’agit, pour Lavigne et al. (2006),de la première vague en fin de course. L’autre vidéo tournée à 8h50 en zone péri-urbaine au sud-ouest de l’agglomération à 2,4 km de la côte, soit près de 36 mn après la seconde vague, montre un écoulement beaucoup plus fluide mais très chargé, de 3 m de hauteur et de vitesse environ 2 fois supérieure à la précédente.

13A côté de ces quelques valeurs ponctuelles de pression et de vitesse, l’autre grandeur exploitable spatialement pour caractériser la magnitude du tsunami est la hauteur atteinte par l’onde de submersion sur les terres. Elle est en théorie proportionnelle au carré de la vitesse.La mesure et la cartographie systématique des hauteurs de submersion ont fait l’objet de plusieurs campagnes, américaines, japonaises et françaises. La cartographie obtenue par l’équipe française dans le cadre du programme de recherche Tsunarisque offre un gradient de hauteur d’eau s’étendant de 0 à 15 m sur notre secteur d’étude (Lavigne & Paris, 2006). Rappelons qu’au contact des côtes, la vitesse de l’onde marine décroît tandis que son amplitude augmente pour satisfaire l’équation de conservation de l’énergie, jusqu’au moment où la vague déferle. Jusqu’à ce point de rupture, la hauteur des vagues est donc proportionnelle à la capacité de destruction du tsunami (son énergie potentielle) et constitue en cela un très bon indicateur de magnitude du phénomène. Les échelles de magnitude proposées successivement depuis 75 ans par Imamura et Iida, Soloviev, Abe, Hatori, Murty et Loomis sont basées sur des valeurs maximales de hauteurs de vagues (Hmaxen m) sur la côte (Papadopoulos & Imamura, 2001). Les valeurs maximales mesurées sur la côte dans notre secteur d’étude de Ulee Lheu (14 m) correspondent à une magnitude de 3 sur l’échelle d’Imamura et Iida (M = log2Hmax) et de 9.1 selon la classification de Abe (1981).

14La diversité des modes d’action du tsunami a entraîné des dommages variables sur le bâti, en nature et en intensité, qui vont de la légère dégradation à l’arasement total avec déblaiement. La première vague, probablement poussée par la seconde, a semble-t-il surtout endommagé du bâti semi-permanent et léger (« sederhana »), comme le suggère la quantité de matériaux transportés et visibles sur la vidéo prise au niveau de la Grande Mosquée. En supposant que les effets dommageables majeurs ont été le fruit de la seconde vague, on peut mettre en relation chaque processus avec les modes d’endommagement les plus fréquemment rencontrés sur le terrain (fig. 3). Les modes d’endommagement dominants sont liés aux effets d’impact et de poussées latérales exercés par le front du tsunami tout au long de la zone de transfert. Les bâtiments semblent avoir explosé au contact des vagues comme le confirment certains témoignages oraux établissant une analogie sonore entre l’arrivée du tsunami et un bombardement. Dans ces secteurs de hauteurs d’eau mesurées entre 6 et 14 m (environ jusqu’à 2,5 km de la côte selon une direction NW-SE), ne subsistent que les dalles des habitations. Les bâtiments présentaient pourtant le plus souvent une structure armée et un à deux étages. Les piliers ont été arrachés ou couchés dans le sens du courant et les débris disséminés probablement sur plusieurs kilomètres. On retrouve le plus souvent seulement les réservoirs à eau des salles de bain (ou « mandi »). Les secteurs intermédiaires de submersion comprise entre 3 et 6 m (entre 2,5 et 3,4 km de la côte environ), présentent des dommages beaucoup plus variables en intensité. Ces derniers sont surtout fonction de la résistance du bâti à des effets d’impacts ciblés. Les murs extérieurs sont souvent perforés et les constructions partiellement effondrées suite à des ruptures de poteaux. Au-delà d’une zone de déferlement supposée et toujours en direction du Sud-Est, les dommages sont à peine visibles un an après. Ils sont cependant présumés par les amoncellements de débris visibles sur les clichés aériens ou terrestres pris juste après le tsunami. Il s’agit de secteurs d’inondationcomprise entre 0 et 3 m et surtout concernés par de la submersion plus lente et donc par moins d’effets d’impact. Sur les bâtiments conservés, les dommages liés au séisme sont facilement distinguables de ceux induits par le tsunami. Sur le terrain, ces différenciations ont été facilitées par les descriptions rapportées par une équipe d’ingénieurs en génie civil canadiens (Ghobarah et al., 2006). Rappelons que les séismes provoquent des oscillations du sol entraînant des dommages aux structures par efforts de balancement, de cisaillement et de flexion des structures, avec des pathologies caractéristiques (Zacek, 1996). Par ailleurs, dans les secteurs de submersion comprise entre 6 et 14 m, il semble logique que les bâtiments fragilisés par le séisme aient moins bien résisté au tsunami mais sans que l’on puisse en apporter la démonstration.

Le recours à des typologies du bâti et des dommages

15Conformément à la méthodologie explicitée en début d’article, une analyse quantitative et spatiale des dommages au bâti a été entreprise. Pour cela nous avons établi, après plusieurs phases de validation terrain, deux typologies simplifiées et facilement réutilisables. Elles concernent d’une part la nature du bâti et d’autre part les principaux modes et niveaux d’endommagement de ce bâti.

Pl.1 – Illustration des différentes classes de vulnérabilité des bâtiments (photos F. Leone, janvier 2006)

Pl.1 – Illustration des différentes classes de vulnérabilité des bâtiments (photos F. Leone, janvier 2006)

16Nous introduisons 5 classes de bâtiments de vulnérabilité décroissante (A, B, C, D, E) assez facilement distinguables sur le terrain et sur photo-aériennes selon des critères de forme, de dimension et de nature de toiture (pl. 1). Cette classification (tab. 1) se base, entre autres, sur les observations de nature et de vulnérabilité effectuées par Ghobarah et al. (2006) et Boen (2006). Le type A est le moins résistant : il s’agit de constructions très légères faites de bois et de tôles, parfois sur pilotis comme c’était le cas en bordure des lagunes du secteur de Ulee Lheu. Le type B correspond à du bâti maçonné (briques) à structure légère comportant des poteaux de 20 x 20 cm renforcés par 4 fers lisses de 8 mm de diamètre au quatre coins de l’édifice. C’est le type le plus représenté dans le secteur d’étude. Il s’agit le plus souvent d’habitations auto-construites appartenant à des classes sociales moyennes. Le type C correspond toujours à une habitation individuelle du style villa, parfois de haut standing. La construction présente une géométrie en plan plus complexe et toujours un étage. La structure est renforcée et calculée. Le type D est celui des bâtiments collectifs (blocs) à usage d’habitation, de commerce ou de service public (enseignement, administrations). La structure est en général moyennement renforcée pour la taille de ces bâtiments à plusieurs poteaux, de un à deux étages mais de géométrie simple. Ils dominent dans le centre ville de Banda. Le type E caractérise également des bâtiments collectifs, le plus souvent à usage administratif, religieux (mosquées) ou privé (hôtels), mais de très bonne conception avec des structures en béton armé renforcées et calculées. Les nombreuses mosquées présentes sur le secteur d’étude (16) ont été regroupées dans la classe E précédente compte tenu de la qualité de leur construction et de leur bonne transparence hydraulique. Sur les photos aériennes, des incertitudes de distinction peuvent se poser entre les classes A et B, ou B et C lorsque les toitures sont respectivement semblables à A ou C. Une classe NI (Non Identifié) a été réservée aux très nombreux bâtiments rasés (4095) et dont il est difficile de connaître la nature initiale a posteriori. La typologie retenue est assez adaptée à la classification du bâti en contexte de pays en développement des zones tropicales. Cela concerne aussi la plupart des territoires français d’outre-mer exposés à d’éventuels tsunamis (Martinique, Guadeloupe, Guyane, La Réunion, Mayotte, Tahiti, etc.).

Tab.1 – Classification du bâti en fonction d’une vulnérabilité décroissante.

Tab.1 – Classification du bâti en fonction d’une vulnérabilité décroissante.

17La typologie des dommages proposée est spécifique aux tsunamis et diffère de celles existantes pour les séismes (Grünthal et al., 2001) ou les mouvements de terrain (Leone et al., 1996) par la nature des dommages décrits. Les dommages y sont hiérarchisés en 6 classes suivant une gravité croissante (D0 à D5) (tab. 2 & pl. 2). Un seuil de dégât déterminant pour la stabilité de l’édifice et son éventuelle réoccupation est franchi en passant des niveaux D2 à D3. Cela correspond à l’atteinte aux structures rigidifiant le bâtiment (poteaux verticaux et transversaux, planchers). Mis à part les destructions partielles ou totales (D4, D5) nettement identifiables par photo-interprétation, les autres classes nécessitent des observations in situ. La principale difficulté d’interprétation peut survenir avec le niveau D3 qui exige un examen plus détaillé des superstructures mais sans pour autant requérir des compétences particulières en ingénierie. Compte tenu de la densité d’observations renseignées et géoréférencées, tant sur les dommages que sur le phénomène (hauteurs, directions, chronologie), il nous est apparu intéressant de parfaire notre analyse spatiale des dommages par un essai d’interpolation sous SIG.

Pl.2 – Illustration des niveaux de dommages (D2 à D5) pour différentes classes de bâtiment (photos F. Leone, janvier 2006)

Pl.2 – Illustration des niveaux de dommages (D2 à D5) pour différentes classes de bâtiment (photos F. Leone, janvier 2006)

Tab.2 – Classification des modes et niveaux d’endommagement du bâti suivant une gravité croissante.

Tab.2 – Classification des modes et niveaux d’endommagement du bâti suivant une gravité croissante.

Les révélations d’une analyse spatiale des dommages au bâti sous SIG

18L’interpolation des dommages suppose que ces derniers suivent une évolution continue dans l’espace. Elle repose sur les bâtiments de classes NI (entièrement détruits, D5) et B. Ce choix est déterminé par la recherche d’un comportement moyen homogène des structures pour les niveaux d’endommagement inférieurs à D5. De la sorte, les variations spatiales observables dans l’endommagement entre D0 et D4 seront logiquement et principalement liées à l’action et à la magnitude du phénomène plutôt qu’à la résistance du bâti (classe B à comportement homogène).

19L’interpolation numérique a été réalisée sous Vertical Mapper® par krigeage (Gratton, 2002), à partir du jeu de données ponctuelles (5693 unités) pour aboutir à un fichier raster renseigné de type Grid. Une vectorisation a ensuite permis dans MapInfo® d’extraire les contours des 5 niveaux d’endommagement.

20La carte obtenue montre très nettement un gradient d’endommagement diminuant d’Ouest en Est et qui s’estompe dans l’angle Sud-Est de la zone d’étude, dans des secteurs très densément urbanisés (fig. 4). Toute la partie orientale de la zone, sur près de 2 km depuis l’ancien rivage de Ulee Lheu, a subi l’endommagement maximum, avec une prédominance de l’arasement total des bâtiments (D5). Cela correspond à des hauteurs d’eau comprises entre 6 et 14 m. Des îlots d’endommagement plus faible (D2 à D4) apparaissent en se rapprochant de l’Ouest. Ils se répartissent sur une bande clairsemée d’orientation générale NE-SO de 800 mètres de large. Ils révèlent des effets de site à mettre en relation avec une baisse d’énergie cinétique localisée de la vague, des effets d’abri (ou d’écran) provoqués par certains bâtiments ou bien plus probablement d’un meilleur comportement de certains bâtiments mieux construits. Des effets d’écran très ponctuels mais non cartographiés sont identifiables dans certains secteurs. C’est notamment ce que l’on a pu observer à proximité de la Grande Mosquée de Ulee Lheu qui a partiellement protégé une habitation de type B dans un secteur où la submersion a pourtant atteint près de 14 m de haut en front de mer. La zone clairsemée est relayée à l’Est par une discontinuité très nette d’orientation générale NE-SO située à une distance moyenne d’environ 2,7 km depuis le littoral de Ulee Lheu. Le gradient d’endommagement y chute brutalement de D5 à D1 sur près de 100 m dans un secteur où les hauteurs d’eau passent soudainement de 6 à 2 m. Nous interprétons cette bande continue et étroite comme étant la zone de déferlement de la seconde vague, donc d’un changement de dynamique et d’énergie de la vague avec ce que cela implique en termes de processus et de potentiel d’endommagement sur le bâti. Le niveau D2, facilement identifiable sur le terrain, est caractéristique de cette zone de déferlement où la submersion, plus basse et en perte d’énergie, est venue seulement défoncer les murs extérieurs et parfois les cloisons internes. Cette hypothèse se confirme avec la position des bateaux qui se retrouvent précisément échoués sur cette zone de déferlement probable. La zone de déferlement est représentée sur la carte en se calant approximativement sur les limites de D5 (amont) et D2 (aval). Sa largeur est variable suivant les secteurs, ce qui renforce un tracé lobé qui peut s’expliquer par des différences de hauteur de vague. Cela semble être le cas dans le secteur B7 où l’on observe une extension plus large du déferlement qui coïncide avec des hauteurs d’eau sans doute un peu plus hautes qu’ailleurs à cette distance de la côte (autour de 6 m). La présence d’une route transversale dans ce secteur a pu également étaler le déferlement et ses effets sur les constructions. Deux autres secteurs présentent également une dilatation de la zone de déferlement, mais qui a été probablement détachée du front par l’interpolation sous forme de lobes isolés, à cheval sur les secteurs C6 et C7. Il existe là aussi un lien avec des hauteurs d’eau plus hautes (9 m) mesurées 500 m en amont, et plus au sud dans le secteur D6, mais sans démonstration équivalente. Par ailleurs, on remarque une très bonne corrélation spatiale entre la position du front de déferlement et les indicateurs d’orientation de la seconde vague, relevés sur le terrain en amont de ce front par Lavigne et al. (2006). On constate un découplage de l’orientation des écoulements dans le secteur B5 en deux directions générales distinctes (N 130° et N 150°) et qui pourrait s’expliquer par un partage de la vague. Cette hypothèse pourrait alors expliquer la présence d’une possible zone de déferlement plus à l’Ouest, suggérée par des poches aval de moindre dommage, bien visibles dans le secteur C5, et compatible avec la position des bateaux. Au-delà de cette ou de ces zones de déferlement, l’endommagement est beaucoup plus faible (D0 à D1) et correspond surtout à des effets de submersion de faible hauteur (moins de 2 m) et de stagnation des eaux.

Fig.4 – Carte des niveaux d’endommagement interpolés (bâtiments de classes B et NI).

Fig.4 – Carte des niveaux d’endommagement interpolés (bâtiments de classes B et NI).

Proposition et validation d’une échelle d’intensité « macro-tsunamique » opérationnelle

21La carte précédente des dommages interpolés n’intègre pas les observations sur les autres catégories de bâtiments. La prise en compte de ces informations complémentaires et utiles nécessite de mettre au point une échelle d’intensité des dommages intégrant les niveaux d’endommagement (D0, D1, D2, D3, D4, D5) et les classes de vulnérabilité du bâti (A, B, C, D, E). Cette combinaison empirique a pu se faire à partir de nos observations de terrain. Elle débouche sur une échelle d’intensité des dommages à 6 degrés (tab. 3). Bien que basée sur des critères qualitatifs, mais clairement explicités, cette échelle d’intensité « macro-tsunamique » (par analogie aux échelles macrosismiques) permet de quantifier et de spatialiser l’endommagement sur un secteur géographique donné. En tant qu’échelle d’intensité, elle respecte la condition d’indépendance vis-à-vis des critères de magnitude du phénomène pour se baser uniquement sur les observations des dégâts. Sa pertinence est révélée par le fait qu’elle permet de restituer intégralement le gradient d’endommagement obtenu pour les seuls bâtiments B et surtout de retrouver précisément la zone de déferlement précédemment cartographiée (passage brutal de VI à I) (fig. 5). Mieux encore, cette échelle permet de révéler et de compléter la position de la zone de déferlement supposée à l’extrémité nord-est de la zone d’étude, c’est-à-dire dans un secteur qui présentait peu de bâtiments de classe B. Elle permet aussi d’affiner le découpage des secteurs à effets de site ainsi que le détail de la ligne de déferlement en confirmant en particulier sa position plus occidentale (et éventuellement plus précoce) dans la zone d’échouage des bateaux. Cette échelle présente donc un réel intérêt pour positionner une ligne de déferlement à partir de l’analyse fine des dommages sur des bâtiments de vulnérabilités différentes, et ce au même titre qu’une échelle macrosismique (EMS98 par exemple) permet de retrouver l’épicentre d’un séisme et de mettre en évidence une source (faille active) et des effets de site géologiques ou topographiques. Notre échelle est adaptée à une approche détaillée, rigoureuse et locale de l’endommagement. Elle diffère en cela des échelles d’intensité des dommages proposées par Papadopoulos et al. (2001) et leurs prédécesseurs (Sieberg, 1927 ; Ambraseys, 1962 ; Soloviev, 1970) qui reposent sur des critères beaucoup plus qualitatifs, subjectifs et variés (dommages, perceptions, effets environnementaux, etc.) et donc peu adaptés à une analyse spatiale fine. Enfin, un essai de corrélation entre l’intensité des dommages (ID), tous types de bâtiments confondus, et la magnitude du phénomène exprimée en hauteur de submersion par rapport au sol est présenté dans le paragraphe suivant. Il donne le tableau de correspondance suivant (tab. 4) dans lequel nous avons également porté pour indication l’échelle d’intensité donnée par Papadopoulos et al. (2001).

Tab.3 – Echelle d’intensité « macro-tsunamique » basée sur les dommages aux bâtiments (degrés I à VI).

Tab.3 – Echelle d’intensité « macro-tsunamique » basée sur les dommages aux bâtiments (degrés I à VI).

Tab.4 – Correspondances entre les intensités macro-tsunamiques (I) et les hauteurs de submersion (H).

Tab.4 – Correspondances entre les intensités macro-tsunamiques (I) et les hauteurs de submersion (H).

Fig.5 – Carte des intensités de dommages interpolées (tous types de bâtiments) (échelle macro-tsunamique).

Fig.5 – Carte des intensités de dommages interpolées (tous types de bâtiments) (échelle macro-tsunamique).

Elaboration de courbes d’endommagement pour les futurs scénarios de risque tsunami

22L’élaboration de scénarios d’endommagement ou de pertes liés à un tsunami nécessite d’utiliser des matrices ou fonctions permettant d’établir la correspondance entre la magnitude du phénomène et les dommages attendus. En général, ces matrices ou fonctions d’endommagement s’expriment par la probabilité, pour un bâtiment de classe de vulnérabilité donnée, d’atteindre un certain niveau d’endommagement moyen Dmoy. (Damage Probabilistic Matrix & Damage function). On peut aussi les exprimer par la probabilité, pour un stock de bâtiments d’une classe donnée, d’atteindre un certain pourcentage d’un niveau d’endommagement D donné. Les premières fonctions s’appliquent donc à l’échelle d’un bâtiment, les secondes à un volume de bâtiments. Les unes et les autres servent à quantifier les pertes économiques du moment où les valeurs de remplacement du bâtiment ou du stock sont connues (Leone et al., 1996 & Leone, 2004). Or de telles fonctions appliquées aux tsunamis sont absentes dans la littérature scientifique, contrairement à ce que l’on observe dans le champ de la sismologie et des scénarios sismiques (FEMA 310, 1998 ; Giovinazzi et al., 2003 ; RISK-UE, 2003 ; AFPS, 2005), celui des vents forts (Murlidharan et al., 1997 ; Khanduri et al., 2003 ; Stewart, 2003) ou des inondations(MOC, 1996 ; Dutta et al., 2003). Ce constat est probablement lié à la rareté des retours d’expériences pluridisciplinaires et détaillés sur les dommages provoqués par un tsunami.

23Nous avons tenté d’esquisser et d’illustrer ces deux familles de fonctions d’endommagement structurel (ou de vulnérabilité) en construisant les courbes s’y rapportant. Pour cela, nous avons échantillonné nos bâtiments, soit 892 unités, dans un rayon de 100 m autour de chaque point de mesure de hauteur d’eau par rapport au sol. Cela permet d’obtenir un bon taux de couverture de la zone tout en limitant au mieux les recouvrements (2,8 %).

24La première approche est appliquée aux bâtiments de classe B, les plus fréquents dans la zone. Le nuage de points obtenu donne une relation non linéaire de type logarithmiqueprésentant une assez bonne qualité d’ajustement (R2 =0,58). Nous nous sommes calés sur cette portion de courbe (en noir) pour établir la courbe donnant le niveau d’endommagement moyen (Dmoy.) en fonction de la hauteur d’eau mesurée au sol (H). Un ajustement manuel a été effectué aux limites (en rouge) en se basant sur nos observations de terrain et de manière à borner la courbe par les niveaux D0=0 et D5=5. Entre ces points, l’évolution de Dmoy. est considérée comme continue en fonction de la hauteur de submersion (fig. 6).La même démarche appliquée à l’intensité moyenne des dommages (IDmoy), donnée par notre échelle, aboutit à une meilleure corrélation (R2=0,66). Elle donne une courbe d’allure semblable permettant théoriquement de retrouver l’intensité des dommages à partir de la magnitude du phénomène (H), et ce quelque soit la classe des bâtiments analysés (fig. non représentée ici).

Fig.6 – Courbe d’endommagement moyen (bâtiments de classe B).

Fig.6 – Courbe d’endommagement moyen (bâtiments de classe B).

25La seconde approche suit le même principe de construction (R2=0,59). La courbe obtenue exprime le pourcentage de destruction totale (niveau D5) d’un stock de bâtiments (en %) en fonction de la hauteur de submersion (H) (fig. 7). Elle est limitée par les valeurs 0 et 100%. Cette courbe n’a qu’une valeur indicative car le bâti pris en compte pour D5 n’a pas été différencié. Par exemple, on obtiendrait probablement une évolution différente avec une plus grande proportion de bâtiments plus résistants et plus hauts (2 étages), notamment à partir des valeurs de H inférieures à 6 m. Compte tenu du fait que les pertes sont donc modulées par les classes de vulnérabilité, il conviendra de pousser l’analyse pour chaque classe de bâtiment après identification de la nature initiale des bâtiments NI (non identifiés) par photo-interprétation des images Quick Bird de juin 2004.

Fig.7 – Courbe du taux de destruction totale (en %) (niveau D5 pour tous types de bâtiments).

Fig.7 – Courbe du taux de destruction totale (en %) (niveau D5 pour tous types de bâtiments).

26Dans les deux approches, les autres corrélations ne sont pas significatives, hormis pour le niveau D1 qui présente une évolution globalement et logiquement inverse par rapport à D5. En vue d’une application opérationnelle dans le cadre de scénarios de perte, ces courbes et fonctions qui en découlent doivent être définies pour chaque classe de bâtiment. Cela suppose de multiplier de tels retours d’expérience et d’envisager des modélisations des interactions tsunami/structures. Par ailleurs, une très bonne corrélation linéaire (R2=0,91) apparaît entre les pertes humaines, exprimées en % de morts et disparus, et le pourcentage de destruction totale du bâti (niveau D5). Celle ci est établie sur 16 quartiers (Desa) totalement ou en grande partie inclus dans notre zone d’étude et pour lesquels le JICA (2005) nous fournit des données sur les victimes. La droite de régression obtenue sur ces quelques points décrit une fonction de pertes humaines, aussi sommaire soit-elle (fig. 8).

Fig. 8 – Corrélation entre la destruction totale du bâti et les pertes humaines (établie sur 16 quartiers).

Fig. 8 – Corrélation entre la destruction totale du bâti et les pertes humaines (établie sur 16 quartiers).

27Enfin, le passage entre des niveaux de dommages structurels et des coûts monétaires directs et/ou indirects nécessite aussi de construire des fonctions de pertes économiques et de délais de réoccupation pour chaque niveau de dommage. Nos observations de terrain permettent seulement de dire que les bâtiments sont majoritairement abandonnés et reconstruits à partir du niveau D4 et que les niveaux D2 et D3 impliquent des travaux de remise en état pouvant aller respectivement de quelques jours à une année. Ceci dépend d’une multitude de facteurs d’ordre organisationnel, institutionnel, politico-administratif, socio-économique, culturel voire psychosociologique. Les travaux menés en complément de notre démarche par Vinet et al. (2006) apportent un éclairage très pertinent pour comprendre ce processus de réoccupation et de reconstruction après tsunami dans un contexte de pays en développement.

Conclusion

28Ce travail est entièrement fondé sur l’analyse systématique des dommages au bâti à partir d’observations in situ et selon un protocole méthodologique original et reproductible. Il a conduit à la mise au point de typologies adaptées à une reconnaissance rapide de terrain et par photo-interprétation. La structuration et la densité spatiale des informations récoltées ont permis d’établir une cartographie fine du gradient d’endommagement et de révéler une zone de déferlement dont l’existence n’avait été évoquée que par quelques témoins. L’emprise spatiale de cette zone de déferlement a pu être affinée grâce à une échelle d’intensité macro-tsunamique permettant d’intégrer l’ensemble du bâti endommagé. Les correspondances entre les 6 degrés de cette échelle et les hauteurs moyennes de submersion ont également été déduites.

29Cette analyse démontre tout l’intérêt d’une lecture géographique des dommages en complément des traditionnels relevés de hauteurs de submersion post-tsunami pour reconstituer la dynamique et l’extension du phénomène. Elle souligne le rôle déterminant de cette dynamique sur les mécanismes de destruction et l’importance de la zone de déferlement en tant que ligne de discontinuité majeure dans le gradient d’endommagement. Les travaux menés jusqu’à présent sur la cartographie des dommages post-tsunami par télédétection n’ont pas permis d’arriver à ce degré de précision ni de renseigner la dynamique du phénomène (JICA, 2005, Vol. III ; Gruhier, 2005 ; SERTIT, 2004 ; Greidanus et al., 2005).

30La pertinence des futurs scénarios ou modèles de pertes liées à un tsunami va donc largement dépendre de la capacité à simuler des hauteurs et vitesses d’eau sur les terres et donc la zone de déferlement de la vague principale. Ces scénarios nécessiteront, dans un second temps, d’intégrer des fonctions d’endommagement tsunami adaptées aux enjeux présents (bâtiments, routes, personnes, activités, etc.). Nous en avons ébauchés certaines dans ce travail avec l’espoir de les améliorer et de les compléter à l’occasion de futurs retours d’expérience.

31Le seul modèle de mesure du risque tsunami décrit par la littérature n’est pour l’instant qu’au stade de développement en Grèce. Il est basé sur une approche multi-critères de vulnérabilités et non sur des fonctions d’endommagement (Papathoma, 2003 et Dominey-Howes & Papathoma, 2006). Par ailleurs et en complément utile, Sugimoto et al. (2003) ont proposé un modèle de simulation des délais d’évacuation et de mise à l’abri de populations littorales au Japon en cas de tsunami. Ces scénarios, très utiles pour la prévention, méritent d’être développés dans des contextes socio-géographiques similaires à celui de Banda Aceh. Cela suppose d’intégrer des démarches, des outils et des données pluridisciplinaires et de travailler à la lumière de retours d’expériences aussi riches que celui entrepris en Indonésie dans le cadre du projet international « Tsunarisque » (Lavigne & Paris, 2006, http://www.tsunarisque.cnrs.fr).

32Remerciements

33Les auteurs tiennent à remercier l’ensemble de leurs collègues du programme international « Tsunarisque ». Merci en particulier à ses leaders Franck Lavigne et Raphaël Paris, à nos homologues indonésiens de l’Université de Gadjah Mada, à Francois Flohic et Benjamin de Coster de l’association Planet Risk, à Michelle Pennec du CNRS et aux Gestergirls de Montpellier, Monique, Stéphanie et Nancy. Nous rendons hommage aux victimes de Banda Aceh et à toutes ces personnes anonymes et accueillantes rencontrées sur le terrain.

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Table des illustrations

Titre Fig.1 – Situation de la zone d’étude au sein de la ville de Banda Aceh.
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-1.png
Fichier image/png, 294k
Titre Fig.2 – Carte des bâtiments diagnostiqués
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-2.png
Fichier image/png, 775k
Titre Fig.3 – Décomposition du tsunami en 3 zones de dynamiques différentes sur photo-montage. Processus et modes d’endommagement dominants à terre associés (seconde vague)
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-3.png
Fichier image/png, 363k
Titre Pl.1 – Illustration des différentes classes de vulnérabilité des bâtiments (photos F. Leone, janvier 2006)
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-4.png
Fichier image/png, 433k
Titre Tab.1 – Classification du bâti en fonction d’une vulnérabilité décroissante.
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-5.png
Fichier image/png, 53k
Titre Pl.2 – Illustration des niveaux de dommages (D2 à D5) pour différentes classes de bâtiment (photos F. Leone, janvier 2006)
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-6.png
Fichier image/png, 482k
Titre Tab.2 – Classification des modes et niveaux d’endommagement du bâti suivant une gravité croissante.
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-7.png
Fichier image/png, 38k
Titre Fig.4 – Carte des niveaux d’endommagement interpolés (bâtiments de classes B et NI).
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-8.png
Fichier image/png, 394k
Titre Tab.3 – Echelle d’intensité « macro-tsunamique » basée sur les dommages aux bâtiments (degrés I à VI).
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-9.png
Fichier image/png, 13k
Titre Tab.4 – Correspondances entre les intensités macro-tsunamiques (I) et les hauteurs de submersion (H).
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-10.png
Fichier image/png, 9,8k
Titre Fig.5 – Carte des intensités de dommages interpolées (tous types de bâtiments) (échelle macro-tsunamique).
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-11.png
Fichier image/png, 391k
Titre Fig.6 – Courbe d’endommagement moyen (bâtiments de classe B).
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-12.png
Fichier image/png, 106k
Titre Fig.7 – Courbe du taux de destruction totale (en %) (niveau D5 pour tous types de bâtiments).
URL http://geocarrefour.revues.org/docannexe/image/1501/img-13.png
Fichier image/png, 121k
Titre Fig. 8 – Corrélation entre la destruction totale du bâti et les pertes humaines (établie sur 16 quartiers).
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Fichier image/png, 97k
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Pour citer cet article

Référence papier

Frédéric Leone, Freddy Vinet, Jean-Charles Denain et Syamsul Bachri, « Développement d’une méthodologie d’analyse spatiale des destructions consécutives au tsunami du 26 décembre 2004 (Banda Aceh, Indonésie) », Géocarrefour, vol. 82/1-2 | 2007, 77-90.

Référence électronique

Frédéric Leone, Freddy Vinet, Jean-Charles Denain et Syamsul Bachri, « Développement d’une méthodologie d’analyse spatiale des destructions consécutives au tsunami du 26 décembre 2004 (Banda Aceh, Indonésie) », Géocarrefour [En ligne], vol. 82/1-2 | 2007, mis en ligne le 06 mars 2008, consulté le 18 octobre 2017. URL : http://geocarrefour.revues.org/1501 ; DOI : 10.4000/geocarrefour.1501

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Auteurs

Frédéric Leone

Equipe d’Accueil GESTER (Gestion des Territoires et des Risques) & Département de Géographie, Université Paul Valéry – Montpellier III, Route de Mende, 34 199 Montpellier Cedex 5, France.
Frederic.Leone@univ-montp3.fr

Freddy Vinet

Equipe d’Accueil GESTER (Gestion des Territoires et des Risques) & Département de Géographie, Université Paul Valéry – Montpellier III, Route de Mende, 34 199 Montpellier Cedex 5, France.
Freddy.Vinet@univ-montp3.fr

Articles du même auteur

Jean-Charles Denain

Equipe d’Accueil GESTER (Gestion des Territoires et des Risques) & Département de Géographie, Université Paul Valéry – Montpellier III, Route de Mende, 34 199 Montpellier Cedex 5, France.
Jean-Charles.Denain@univ-montp3.fr

Syamsul Bachri

Université Gadjah Mada, Java, Indonésie.
syam_geografiugm@yahoo.com

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Droits d’auteur

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