Surveiller les volcans : Comment nous prenons le pouls de la Terre
Les volcans entrent rarement en éruption sans avertissement. Contrairement aux tremblements de terre, qui frappent avec une soudaineté terrifiante, les volcans sont souvent des voisins bruyants. Tel un dragon qui s’éveille, ils gémissent, s’étirent et expirent avant de cracher du feu. Le travail d’un volcanologue est de détecter ces signes subtils — l’agitation — et de les traduire en avertissements vitaux pour le public.
La surveillance volcanique moderne est une science multidisciplinaire à enjeux élevés. Elle combine la géophysique, la géochimie et la télédétection pour construire un « jumeau numérique » de la plomberie interne du volcan. Voici une plongée profonde dans la boîte à outils utilisée pour prendre le pouls de la Terre.
1. Sismologie : Écouter les grondements
L’outil le plus important de l’arsenal du volcanologue est le sismomètre. Un réseau de ces capteurs est placé autour du volcan pour écouter la roche qui se brise sous terre.
Le langage des rochers
Le magma qui se déplace à travers la croûte crée des types de vibrations distincts. Les scientifiques ont appris à déchiffrer ce langage :
- Séismes de haute fréquence (VT) : Également appelés événements volcano-tectoniques. Ils sont causés par la fracturation de la roche à mesure que le magma force son passage vers le haut. Ils ressemblent à des secousses sèches sur un sismogramme. Un essaim de séismes VT signale souvent le début d’une nouvelle période d’agitation.
- Séismes de basse fréquence (LP) : Également connus sous le nom d’événements à longue période. Ils sont causés par la résonance d’un fluide (magma, gaz ou vapeur) se déplaçant dans une fissure. Le son est similaire au bruit produit lorsque l’on souffle sur le goulot d’une bouteille.
- Trémor harmonique : C’est la « sonnerie d’alarme ». Il s’agit d’une vibration continue et rythmique qui peut durer des minutes, des heures ou des jours. Elle indique généralement que le magma coule de manière constante à travers un conduit vers la surface. Lorsque le trémor s’intensifie, une éruption est souvent imminente.
Étude de cas : Le Mont Saint Helens
Dans les semaines précédant l’éruption de 1980, la fréquence des tremblements de terre a augmenté de façon spectaculaire. Ce schéma sismique a été la principale raison pour laquelle les autorités ont établi une zone d’exclusion, sauvant des milliers de vies malgré la tragédie finale.
2. Déformation : Observer le gonflement de la montagne
Avant une éruption, le volcan gonfle souvent comme un ballon car la chambre magmatique se remplit de roche en fusion et de gaz. Ce changement de forme est appelé déformation du sol.
Les outils de mesure
- GPS (Global Positioning System) : Les scientifiques fixent des stations GPS de haute précision sur les flancs du volcan. Ils peuvent détecter des mouvements aussi infimes que quelques millimètres. Si la station A sur le flanc nord et la station B sur le flanc sud s’éloignent l’une de l’autre, c’est que la montagne s’élargit.
- Inclinomètres (Tiltmetres) : Ce sont des niveaux à bulle électroniques extrêmement sensibles. Ils mesurent le changement de l’inclinaison du sol. Un inclinomètre peut détecter un changement d’angle équivalent à soulever une planche de 1 km de long de l’épaisseur d’une pièce de monnaie.
- InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) : C’est une révolution pour la surveillance à distance. Les satellites émettent des faisceaux radar vers la Terre et mesurent le temps nécessaire au signal pour revenir. En comparant deux images prises à des moments différents, ils créent des cartes colorées (interférogrammes) qui montrent exactement où le sol a gonflé ou s’est affaissé. Cela permet de surveiller des volcans dangereux ou inaccessibles sans envoyer d’équipes sur le terrain.
3. Géochimie des gaz : Renifler l’haleine du volcan
Le magma est plein de gaz dissous — vapeur d’eau, dioxyde de carbone ($CO_2$) et dioxyde de soufre ($SO_2$). À mesure que le magma remonte, la pression diminue et ces gaz s’échappent.
La prévision chimique
La composition du gaz change selon la profondeur du magma.
- Le ratio CO2/SO2 : Le $CO_2$ est moins soluble dans le magma que le $SO_2$, il s’échappe donc de plus grandes profondeurs. Si les scientifiques détectent un pic soudain du ratio $CO_2$/$SO_2$, cela suggère qu’une nouvelle réserve de magma remonte du manteau profond pour recharger le système.
- Flux total de gaz : La quantité brute de gaz importe également. Une chute soudaine des émissions de gaz après une période de haute activité est en fait un mauvais signe — cela peut signifier que l’évent est obstrué (« scellé »), provoquant une accumulation de pression explosive.
- Technologie : Auparavant, les scientifiques devaient marcher dans le cratère pour collecter des échantillons dans des bouteilles — une tâche mortelle. Aujourd’hui, ils utilisent des scanners DOAS montés sur des drones ou des voitures pour mesurer la concentration de gaz dans le panache à distance de sécurité.
4. Surveillance thermique : Voir la chaleur
À mesure que le magma se rapproche de la surface, le sol se réchauffe. Détecter ces « anomalies thermiques » est crucial.
- Infrarouge satellitaire : Des satellites comme MODIS (NASA) et Sentinel-2 (ESA) scannent la Terre dans les bandes infrarouges. Un seul « pixel chaud » peut révéler la croissance d’un dôme de lave à l’intérieur d’un cratère plusieurs jours avant la confirmation visuelle.
- FLIR portable : Les équipes de terrain utilisent des caméras infrarouges (FLIR) pour cartographier les champs de fumerolles. Si une zone spécifique devient de plus en plus chaude au fil des semaines, cela indique que des fluides chauds se rapprochent de la surface.
5. Hydrologie et Gravité : Les forces subtiles
- Micro-gravité : Le magma a une densité différente de celle de la roche solide. Lorsqu’un magma de faible densité remplace une roche de haute densité, le champ gravitationnel local change légèrement. Des gravimètres ultra-sensibles peuvent détecter ce mouvement de masse souterrain.
- Chimie de l’eau : Les volcans ont souvent des systèmes hydrothermaux (sources chaudes, lacs de cratère). Des changements de pH (acidité), de température ou de composition chimique de cette eau peuvent indiquer que des gaz magmatiques pénètrent dans les eaux souterraines.
6. Le rôle de l’IA : De la surveillance à la prévision
Le volume de données produites par les observatoires modernes est colossal — des téraoctets de signaux sismiques, d’images InSAR et de journaux de gaz. C’est trop pour que des analystes humains puissent tout traiter en temps réel.
L’apprentissage automatique au secours des scientifiques
L’intelligence artificielle transforme la volcanologie.
- Reconnaissance de formes : Les algorithmes d’IA sont entraînés sur des données historiques pour reconnaître la « signature sismique » précurseur d’une éruption. Ils peuvent filtrer le bruit (vent, vagues, trafic) et signaler des anomalies qu’un humain pourrait manquer.
- Prévision probabiliste : Le Graal est de pouvoir donner une prévision chiffrée : « Il y a 70 % de chances d’une éruption modérée dans les prochaines 48 heures. » Cela aide les autorités à prendre des décisions difficiles concernant les évacuations.
Étude de cas : Le succès du Pinatubo (1991)
L’éruption du mont Pinatubo aux Philippines fut la deuxième plus importante du XXe siècle. C’est le modèle absolu d’une surveillance réussie.
- L’alerte : Début 1991, le volcan endormi depuis longtemps a commencé à trembler et à fumer.
- La réponse : Une équipe conjointe de scientifiques philippins (PHIVOLCS) et américains (USGS) a déployé un réseau de sismomètres et d’inclinomètres.
- La décision : Ils ont identifié le schéma classique de sismicité pré-éruptive et la croissance accélérée du dôme. Ils ont convaincu les autorités d’évacuer la zone.
- Le résultat : Lorsque l’éruption cataclysmique est survenue le 15 juin, plus de 80 000 personnes avaient été mises en sécurité. L’éruption a tout détruit sur son passage, mais le nombre de victimes a été remarquablement bas. C’est la preuve que la surveillance sauve des vies.