Une nouvelle façon de prévoir les éruptions volcaniques

Le bruit de fond sismique des volcans a toujours été l’ennemi des volcanologues. Des chercheurs ont réussi à en faire un allié pour prédire les éruptions.

En 79 de notre ère, la ville de Pompéi est entièrement ravagée par l’éruption du Vésuve, l’un des volcans les plus célèbres et les plus dangereux du globe. Même s’il est actuellement en sommeil, de nombreux autres sont en activité dans le monde. Comment anticiper leurs éruptions ?

La technique classique consiste à enregistrer l’activité sismique aux alentours d’un volcan à la recherche de petits tremblements de terre, caractéristiques d’une éruption prochaine. Mais ces microséismes sont souvent indétectables, car ils sont atténués avant même d’atteindre les capteurs en surface. Et même lorsqu’ils sont enregistrés, il est souvent déjà trop tard pour évacuer les villes voisines.

Après avoir étudié le volcan actif Kilauea à Hawaï, une équipe de chercheurs de l’université de Cambridge, emmenée par Clare Donaldson, a développé une nouvelle méthode de prédiction des éruptions volcaniques. L’idée principale est d’utiliser la vitesse sismique, c’est-à-dire la vitesse à laquelle se propagent les ondes sismiques dans le volcan. Les chercheurs ont en effet mis en évidence qu’une diminution de la vitesse de propagation des ondes était corrélée à la dilatation des roches dans les chambres magmatiques et donc à une potentielle éruption prochaine.

Kilauea

Le Kilauea à Hawaï.

Jusqu’alors, la vitesse sismique ne pouvait être mesurée qu’en provoquant des ondes artificielles à l’aide d’une source explosive. Le temps mis par l’onde pour se propager jusqu’au capteur, rapporté à la distance entre celui-ci et la source, donnait la vitesse sismique. Mais cette technique ne permettait que des mesures ponctuelles.

Les mesures passives de la vitesse sismique, sans source explosive, étaient jusqu’ici impossibles. En effet, « le bruit de fond sismique induit par le volcan est trop important », explique Florent Brenguier, chercheur à l’Institut des sciences de la Terre (IsTerre, CNRS-Université Grenoble-Alpes). L’équipe anglaise a cependant réussi à s’affranchir de ce bruit ambiant.

Après avoir placé des capteurs sur la surface du volcan, les chercheurs ont conçu un logiciel, baptisé MF Noise. Il extrait, à partir du bruit ambiant enregistré en deux points du volcan, le signal des ondes sismiques circulant entre ces deux capteurs. Pour ce faire, le logiciel calcule la fonction de corrélation entre les signaux. Plus concrètement, si deux personnes essaient de se saluer d’un bout à l’autre d’un hall de gare, elles ne s’entendront pas, en raison du brouhaha ambiant. Mais après calcul de la corrélation des signaux entre les deux points où sont situés les individus, il est possible de soustraire le bruit et de récupérer uniquement le signal utile : « Bonjour ! ».

En appliquant cette méthode entre tous les capteurs déposés sur le volcan, l’équipe a pu visualiser les ondes sismiques circulant dans celui-ci et donc évaluer sa vitesse sismique moyenne de façon continue dans le temps. Cette méthode avait déjà été utilisée, il y a une dizaine d’années, par l’équipe de Florent Brenguier pour étudier le Python de la fournaise en exploitant le bruit de fond de l’océan. Mais l’utilisation du bruit de fond volcanique est une première.

Clare Donaldson et son équipe ont étudié pendant plusieurs années la vitesse sismique dans le volcan Kilauea. Les résultats ont ensuite été mis en parallèle avec les observations, par des capteurs déjà en place sur le volcan, des déformations des roches volcaniques sur la même période. « C’est la première fois que nous sommes capables de comparer la vitesse sismique et la déformation sur une si longue période. La corrélation importante suggère que cela pourrait être un nouveau moyen de prédire les éruptions volcaniques », se félicite Donaldson.

Lorsqu’un volcan va entrer en éruption, les roches des différentes chambres magmatiques se déforment en effet sous l’action des changements de température et de pression. « La dilatation de ces roches est un bon indicateur d’une future éruption », précise Florent Brenguier. Or, d’après les résultats de l’équipe de Clare Donaldson, une dilatation des roches correspond toujours à une diminution de la vitesse sismique. Celle-ci pourrait donc être un indicateur fiable des risques d’éruptions.

Le but des sismologues est maintenant de tester cette découverte sur d’autres volcans. Ils tentent aussi de développer des capteurs plus précis afin de détecter les ondes sismiques traversant des chambres magmatiques situées plus en profondeur. Rien ne doit être laissé au hasard pour ne pas revivre, un jour, la catastrophe de la célèbre ville italienne.

Source : Pour la Science

Vous pouvez consulter, sur le site d’Archipel des Sciences, les expositions « La machine Terre » et « Le volcanisme« , ainsi que la page Risques majeurs.

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