VOLCANISME ET VOLCANOLOGIE - Surveillance des volcans

VOLCANISME ET VOLCANOLOGIE - Surveillance des volcans

Surveillance des volcans

Une cinquantaine de volcans, sur les quelque six cent cinquante connus pour avoir eu au moins une éruption dans la période historique, sont en activité chaque année. Depuis 1700, plus de deux cent soixante mille personnes ont trouvé la mort par effets directs ou indirects d’éruptions volcaniques. Ce chiffre est, en fait, très faible par rapport aux bilans d’autres types de catastrophes naturelles telles que les inondations, les cyclones, les sécheresses, les tremblements de terre ou les épidémies. Néanmoins, la froideur des chiffres déforme l’importance réelle du risque volcanique à l’échelle mondiale.

Tout d’abord, le risque volcanique est souvent présent dans des zones désormais intensément peuplées, comme l’Indonésie, les Philippines, l’Italie centrale ou le Japon. À Naples, une éruption du Vésuve, comme celle qui détruisit Herculanum et Pompéi en 79 après J.-C., aurait, de nos jours, des conséquences encore plus catastrophiques. Même si toute la zone était évacuée à temps, les pertes économiques, industrielles et agricoles et le choc social seraient immenses; et la probabilité d’éruption du Vésuve demeure forte à l’échelle de quelques années ou de quelques décennies.

Par ailleurs, on sait maintenant que les conséquences d’une éruption volcanique peuvent ne pas être limitées à des effets directs sur la zone entourant le volcan, mais concerner jusqu’à l’ensemble de la planète. En effet, les panaches de cendres et d’aérosols qui sont émis par les grandes éruptions peuvent s’injecter dans la stratosphère et, selon la latitude et la saison, être largement dispersés autour du globe. Alors que les cendres retombent assez rapidement, les aérosols, composés principalement de gouttelettes d’acide chlorhydrique, forment un voile qui mettra plusieurs années à se dissiper. Celui-ci réfléchit une partie du rayonnement solaire qui aurait dû parvenir dans les basses couches de l’atmosphère et au sol; des modifications climatiques transitoires peuvent ainsi se produire. Ce fut le cas, récemment, avec l’éruption du Pinatubo aux Philippines. La partie stratosphérique du panache de l’éruption du 15 juin 1991 a encerclé la Terre en vingt et un jours, puis le nuage s’est progressivement étendu au-dessus de l’hémisphère Nord puis de l’hémisphère Sud. Il s’est ensuivi une diminution globale de la température de la troposphère de quelques fractions de degré. Les modèles montrent que des éruptions plus importantes (il en existe des exemples dans le passé géologique récent) pourraient engendrer de véritables “hivers volcaniques”, dénomination qui fait référence au phénomène d’“hiver nucléaire”: les effets supposés après une guerre nucléaire provoqueraient de gigantesques incendies dont les fumées obscurciraient l’atmosphère terrestre pendant plusieurs années.

L’Assemblée générale des Nations unies a adopté une résolution proclamant la Décennie internationale de la prévention des catastrophes naturelles (D.I.P.C.N.) pour les années 1990. L’objectif général est de promouvoir des actions visant à réduire les effets des catastrophes naturelles. Pour les risques volcaniques, des projets nationaux et internationaux se sont mis en place. L’Association internationale de volcanologie a créé en son sein un groupe de travail de la D.I.P.C.N. qui a identifié un certain nombre d’actions à entreprendre. Celles-ci concernent aussi bien des développements purement scientifiques que l’amélioration de la communication avec le public et les autorités, ou l’aide scientifique et technique pour les pays en développement concernés par les risques volcaniques. Une des décisions spectaculaires a été de désigner neuf volcans, choisis en fonction soit de leur intérêt volcanologique, soit des risques qu’ils représentent, sur lesquels des études intensives seront menées. Sur le plan français, une des initiatives les plus importantes a été la mise en place, par le C.N.R.S., d’un grand programme de recherche sur les risques naturels.

Les progrès des méthodes de surveillance

Une éruption est toujours la conséquence d’un transfert interne de matière (de l’ordre de 1 à 100 millions de mètres cubes, parfois beaucoup plus). On comprend que des signaux physiques et chimiques engendrés par ce transfert puissent être détectés en surface. Ce n’est pourtant que depuis le début du siècle que des méthodes physiques sont utilisées pour surveiller les volcans. Deux types de méthodes se sont progressivement imposées: la surveillance sismique et la surveillance des déformations de la surface. La première repose principalement sur le fait que des signaux sismiques sont générés lors du transfert de magma vers la surface, soit par fracturation des roches encaissantes, soit par des résonances associées aux mouvements des fluides magmatiques. Les déformations de la surface sont simplement le résultat de l’accommodation des variations internes de volume et de pression sous l’effet des intrusions de magma. Pour schématiser ces phénomènes, on peut dire que, avant une éruption, la montée de magma va se traduire par un accroissement de l’activité sismique et par un gonflement de la surface. La façon de mettre en œuvre ces méthodes et d’interpréter leurs résultats a, bien sûr, évolué et quelques développements, particulièrement spectaculaires, ont eu lieu dernièrement. Parallèlement, on s’est intéressé à d’autres paramètres et des nouveaux outils de surveillance apparaissent.

La surveillance sismique

Avec le développement des outils informatiques, la numérisation des signaux sismiques est devenue la règle et permet désormais des traitements précieux d’aide à la surveillance en temps réel. Les ordinateurs associés aux réseaux sismiques (souvent de simples PC) peuvent calculer des paramètres qui quantifient et visualisent de façon objective l’activité sismique, ou bien calculer automatiquement la position des séismes au fur et à mesure qu’ils se produisent lors d’une crise, alors que ces déterminations ne pouvaient être réalisées qu’en temps différé auparavant. Les stations sur le terrain peuvent être dotées d’intelligence artificielle et avoir ainsi la capacité de réaliser un prétraitement des signaux avant de les transmettre. Les stations sismiques utilisant le système Argos pour la transmission exploitent largement ces nouvelles possibilités pour élaborer des messages courts, mais pertinents, car Argos ne peut transmettre que des messages de longueur limitée.

Un autre type de surveillance sismique est développé par une équipe de l’université de Chambéry. Plus exactement, il s’agit de surveillance hydroacoustique. Cette méthode tire parti de la présence de lacs dans les cratères de certains volcans. Les variations de pression dans l’eau sont captées par des hydrophones dans les gammes de fréquences allant des infrasons aux ultrasons. Ces signaux contiennent des informations, non seulement sur des vibrations sismiques, mais aussi sur le flux de bulles relâchées par les fumerolles et les fissures sous-lacustres. Cette méthode a fourni des informations très originales avant l’éruption du Kelut, en Indonésie, en 1990, et sur la crise en cours au Taal, aux Philippines. Elle est aussi mise en œuvre sur le Ruapehu en Nouvelle-Zélande.

La surveillance des déformations

La surveillance des déformations à la surface des volcans connaît des progrès spectaculaires. D’abord fondée uniquement sur l’utilisation de techniques géodésiques au sol, cette surveillance est en train d’être révolutionnée par l’utilisation de techniques satellitaires. Le système américain G.P.S. (Global Positioning Satellite System) est connu du public comme un système de navigation capable de fournir partout et rapidement une position à quelques dizaines de mètres près. Mais il existe aussi des techniques de mesure G.P.S. dont la précision est centimétrique, voire infracentimétrique. Celles-ci sont de plus en plus utilisées sur les volcans (Kilauea à Hawaii, Etna, volcans islandais, etc.) et présentent l’avantage de déterminer les mouvements relatifs de points très éloignés et pas forcément en intervisibilité. Le système français D.O.R.I.S. (Détermination d’orbite et radiopositionnement intégrés par satellite) offre des performances similaires avec une méthode un peu différente. Il est actuellement utilisé sur le Kilauea.

Un autre outil précieux de cartographie des déformations est apparu dernièrement: l’interférométrie radar différentielle. Il repose, actuellement, sur les données du radar à synthèse d’ouverture (S.A.R.: Synthetic Aperture Radar) du satellite E.R.S.-1. Ces données contiennent des informations qui sont, entre autres, liées à la distance entre le sol et le satellite. Une véritable cartographie subcontinue (pixels de 100 m de côté) des déplacements peut être obtenue, avec une précision de l’ordre de 3 centimètres. Des applications à la surveillance des déplacements en surface de volcans sont déjà en cours ou prévues. Par rapport aux autres méthodes, les apports sont considérables: réelle cartographie des déplacements (alors qu’avec les autres méthodes on n’obtient des données qu’en un nombre limité de points au sol), mesures dans des zones peu accessibles, pas de nécessité d’avoir un réseau de repères préalablement installé au sol. La grande densité de points obtenue avec cette méthode va permettre de modéliser les sources des déformations des volcans (par exemple, les intrusions de magma) avec un réalisme et une précision inégalés.

L’observation des volcans par satellites: vers une surveillance globale du volcanisme terrestre

L’évolution d’autres paramètres physiques ou chimiques lors des activités volcaniques fait également l’objet de nombreux travaux, et plus particulièrement dans les domaines suivants: gravimétrie, magnétisme, électricité et électromagnétisme, études des phases gazeuses et télédétection satellitaire. Cette dernière, par l’importance qu’elle est en train de prendre, mérite une attention particulière.

La force des données obtenues par les images satellitaires en volcanologie peut être résumée en trois points: elles fournissent des vues de grandes zones; des images de ces zones peuvent être acquises de façon répétitive (par exemple, avant, pendant et après une éruption); les différents types de capteurs permettent d’accéder à certaines grandeurs physiques ou chimiques des objets observés (par exemple, la température ou la composition). Les principaux types d’investigation réalisés à partir d’images satellitaires sont l’identification et la cartographie des produits et des structures volcaniques, l’observation d’anomalies thermiques de la surface des volcans et leur évolution, et le suivi des nuages volcaniques.

Actuellement, à l’aide des satellites à haute définition, conçus pour l’étude de la surface terrestre (pouvoirs de résolution d’ordre décamétrique) et des satellites dits météorologiques (résolutions kilométrique ou plurikilométrique, mais permettant l’observation plus fréquente de la Terre), il est possible de réaliser des études et une surveillance de sites actifs ou potentiellement actifs et de détecter et de suivre les panaches volcaniques dans l’atmosphère. Cette dernière possibilité est particulièrement utile pour la sécurité aérienne. Rappelons que, durant ces dernières années, des avions de ligne ont subi des problèmes plus ou moins importants (jusqu’à l’extinction des réacteurs) en traversant, à haute altitude, des panaches volcaniques. Depuis ces incidents, des procédures de prévention ont été mises en place sur le plan international entre les compagnies et organisations d’aviation, les services météorologiques et les institutions de volcanologie. En cas d’alerte ou de crise volcanique, les pilotes sont informés et les trajets aériens sont modifiés en conséquence.

Avec le programme E.O.S. (Earth Observing System) de la N.A.S.A., la télédétection est appelée à prendre une importance majeure pour la surveillance volcanologique. Un ensemble d’instruments de télédétection sera installé sur deux plates-formes satellitaires. La durée nominale de la mission est de quinze ans. Les principaux aspects de surveillance et d’étude de l’environnement terrestre seront couverts et, parmi ceux-ci, le volcanisme. L’ensemble des moyens fournis par les plates-formes E.O.S. et par les autres moyens déjà existants, évoqués plus haut, ouvrira la voie à un travail sans précédent sur le volcanisme terrestre. De nombreux volcans pourront être étudiés et surveillés avec une gamme complète d’observations. Des progrès significatifs pourront être réalisés sur les processus éruptifs et sur l’impact des éruptions sur l’environnement. Bien sûr, ces travaux devront être couplés aux études au sol et aux développements théoriques pour permettre cette avancée déterminante dans l’étude du volcanisme de la Terre.

Prévenir et affronter les risques

Les éruptions volcaniques mettent en jeu des puissances mécaniques et thermiques contre lesquelles il n’est pas envisageable de lutter de front. Aussi la prévention des risques consiste-t-elle à prendre des mesures qui limiteront les effets sur les personnes et les biens. L’éruption récente du Pinatubo apparaît comme une excellente illustration des capacités actuelles de prévention et nous décrirons, brièvement, les faits marquants de cette crise. Dans de rares cas, l’homme peut essayer d’interférer avec le déroulement de phénomènes volcaniques; nous évoquerons les tentatives de retenue et de détournement de coulées de lave sur l’Etna en 1992.

L’éruption du Pinatubo en 1991

Le volcan Pinatubo, aux Philippines, n’était pas répertorié comme actif avant 1991. Quinze mille personnes vivaient sur ses flancs et environ cinq cent mille dans la région environnante. Le 2 avril 1991, les villageois furent surpris par une série d’explosions se produisant près du sommet. Dans les jours qui suivirent, les volcanologues du Phivolcs (Philippine Institute of Volcanology and Seismology), rejoints ensuite par une équipe de l’U.S.G.S. (United States Geological Survey), se mobilisèrent pour surveiller cette crise et en prévoir l’évolution.

La prévision volcanologique s’appuie sur deux types de données: le comportement passé du volcan et la surveillance instrumentale et visuelle. Comme le Pinatubo n’était ni connu sur le plan de la géologie, ni doté d’un réseau de surveillance, l’étude de terrain et l’installation d’un réseau de surveillance durent être menées de front.

La reconnaissance géologique révéla que le Pinatubo avait connu plusieurs éruptions explosives importantes durant les derniers millénaires. Ces éruptions avaient produit de volumineuses coulées de pyroclastites (écoulements composés de fragments de lave et de gaz chauds, appelés encore nuées ardentes) s’étendant jusqu’à 20 kilomètres du sommet. L’âge du dernier épisode fut daté à seulement quatre cents ou six cents ans. De plus, les vallées du volcan et au-delà avaient été envahies par des coulées de boue (lahars) dérivant de la reprise des coulées de pyroclastites par les pluies tropicales. Une carte de risques fut donc établie, durant le mois de mai, sur la base de ces observations.

Un réseau de sept stations sismiques fut installé entre le 29 avril et le 16 mai. Ces stations étaient reliées par radio à un observatoire improvisé dans une base militaire située près du volcan. L’observatoire fut équipé d’ordinateurs pour acquérir, traiter et interpréter les données. Le flux de S² fut également surveillé (l’émission de ce composé correspond au dégazage du magma; sa mesure renseigne sur la proximité et la quantité de magma).

Des communications claires et simples furent échangées avec les autorités et la population. Elles comportaient à la fois une information sur les types de risques encourus et une indication du niveau d’alerte estimé d’après l’activité et les signaux enregistrés. La carte de risques et le film vidéo de Maurice Kraft illustrant les différents types de risques furent les éléments clés qui facilitèrent la prise de conscience des autorités et d’une population n’ayant jamais été confrontée à l’activité volcanique. Ironie du sort, Maurice et Katia Kraft étaient tués à peu près au même moment par une nuée ardente sur les pentes du mont Unzen (Japon).

Avant l’explosion cataclysmale du 15 juin, les alentours du volcan furent progressivement évacués en fonction du développement de la crise. En tout, près de soixante mille personnes furent déplacées dans un rayon de 30 kilomètres. L’éruption produisit des coulées de pyroclastites dans toutes les directions et un panache de 35 à 40 kilomètres de hauteur. Les conséquences de cette éruption exceptionnelle furent aggravées par le passage simultané d’un typhon à 50 kilomètres du Pinatubo. Les vents dispersèrent les cendres sur une aire beaucoup plus importante que prévu et les pluies cycloniques humidifièrent les cendres qui, ainsi, retombèrent plus vite et provoquèrent de nombreux effondrements de toits (les cendres humides sont environ deux fois plus denses que les cendres sèches).

Malgré la sévérité de cette éruption, qualifiée d’“éruption du siècle” en raison de sa puissance et du volume des produits émis, les pertes ont pu être limitées grâce à une évaluation correcte des risques. Le 17 juillet, le bilan s’élevait à trois cent vingt morts, trente-cinq disparus et deux cent soixante-dix-neuf blessés, l’effondrement de toits étant la principale cause des accidents. La comparaison entre la carte des risques et la cartographie des produits de l’éruption montre bien la validité et l’utilité de ce type de documents.

Le contrôle des coulées de lave sur l’Etna en 1992

S’il est, en général, hors de la capacité de l’homme d’intervenir sur le cours d’une éruption, plusieurs tentatives ont été néanmoins réalisées pour réduire artificiellement les effets de l’activité volcanique. Au Kelut, en Indonésie, le drainage artificiel du lac de cratère a permis, plusieurs fois, d’éviter, ou de minimiser, la formation de lahars meurtriers lors d’éruptions. Au Japon et en Indonésie, des ouvrages construits dans les vallées limitent l’extension et la puissance des coulées de boue d’origine volcanique. Enfin, la diversion de coulées de lave a fait l’objet de plusieurs tentatives au cours de l’histoire: à Hawaii (1935, 1942, 1955 et 1960), en Islande (1973), et sur l’Etna (1669, 1983 et 1992).

Une coulée de lave établie emprunte généralement un chenal ou un tunnel qui se forment par le refroidissement rapide de la périphérie de la coulée. Deux types d’interventions peuvent être envisagés pour modifier le trajet ou l’étendue d’une coulée. Le premier consiste à créer des obstacles sur le trajet prévu de celle-ci, pour la contenir ou la dévier. Le second est de détourner directement son cours en lui faisant abandonner le chenal (ou le tunnel) naturel qu’elle s’est créé.

La coulée de 1991-1992 de l’Etna avait un développement particulièrement important, et des zones habitées risquaient d’être recouvertes. Une tentative de contrôle de la coulée fut décidée pour protéger la ville de Zafferana. Quatre barrières de terre furent successivement élevées pour contenir l’avancée de la coulée. Elles furent progressivement débordées après avoir contenu la coulée pendant un certain temps. Les opérations majeures de contrôle de la coulée furent entreprises dans sa partie amont pour la détourner de son chenal naturel. Plusieurs opérations originales furent réalisées pour obstruer le chenal et les tunnels, et briser les levées latérales du chenal afin de contraindre la coulée à prendre d’autres trajets, dans le but de couper l’alimentation de la partie aval qui menaçait Zafferana. Malgré des difficultés nombreuses, cette opération fut couronnée de succès et constitue, désormais, une référence pour d’éventuelles interventions similaires.

Ce bref aperçu sur les développements de la volcanologie montre que des progrès considérables ont été réalisés ces dernières années, tant du point de vue de la compréhension des phénomènes volcaniques que de la prévention des risques. La communauté scientifique va continuer, à l’évidence, à s’investir dans l’étude du volcanisme, car il y a convergence de plusieurs intérêts scientifiques et humains: le volcanisme est un phénomène majeur de l’évolution des planètes telluriques, les risques volcaniques concernent directement près de trois cent soixante millions de personnes et l’impact du volcanisme sur l’atmosphère et le climat, s’il reste mal connu, est potentiellement majeur.

Encyclopédie Universelle. 2012.