Nous venons de voir quels sont les grands moyens de prévention contre les risques volcaniques qui reposent très largement sur la connaissance et le suivi de l'activité des volcans. Nous allons maintenant préciser comment s'opère ce suivi.
Etude des volcans
La prévision des éruptions est la première phase de la prévention. L’étude des événements antérieurs permet de comprendre le fonctionnement du volcan et de tenter de prévoir les éruptions futures. En fait, le passé permet d’anticiper sur le futur.
Cette étude des précédentes éruptions a deux buts : déterminer le type d’éruption prévisible et délimiter les zones atteintes par le passé. Ce travail doit aboutir à la réalisation de cartes des zones menacées, et donc organiser l’évacuation des populations, comme nous l'avons vu.
L'analyse de l’activité actuelle du volcan est également indispensable, puisqu’elle doit permettre d'avertir de l’imminence d’une éruption. La surveillance du volcan se réalise à partir d’observatoires ou de stations d’alerte qui informent de l’évolution d’un volcan en étudiant les variations de différents paramètres liés à son activité. Il existe quatre familles de paramètres : l’activité sismique, les paramètres géophysiques, la déformation du volcan et les changements dans la composition des gaz volcaniques.
Une éruption volcanique est toujours précédée d’une activité sismique qui traduit la montée du magma.
L'installation autour d’un volcan d’un réseau de stations sismiques permet de détecter des éruptions de manière très efficace. Par ailleurs, la variation d’autres paramètres géophysiques (magnétique, gravimétrique, électrique, etc.) permet de caractériser l'évolution de l’activité volcanique.
Quand un magma se présente sous un volcan, il entraîne une déformation de la Terre en surface, généralement un gonflement, car il doit occuper l'espace dont il a besoin. Cette déformation peut être mesurée par des appareils installés sur place comme un extensomètre, ou par des images provenant des satellites.
Enfin, des variations de température et de la composition géochimique des gaz liés à l'activité volcanique peuvent traduire l’arrivée du magma.
Afin de déterminer à partir de quel niveau une modification de ces paramètres est révélatrice de l’imminence d’une éruption, il est préférable de connaître les variations indépendantes de toute activité volcanique, qui sont liées à des cycles naturels autres que le volcanisme (les précipitations par exemple). Ainsi il est nécessaire de distinguer les variation significatives des autres variations quelconques du volcan.
Ces observations et mesures doivent également être réalisées pendant une éruption pour déterminer son évolution à court terme.
La surveillance des volcans
La surveillance des volcans est fondée sur la remontée du magma et ses phénomènes annexes.
Ces phénomènes sont les séismes, la déformation de l'édifice, les variations du champ magnétique terrestre et les différents types de gaz issus du volcan.
Il est très important de connaître tous ces paramètres à l'état du sommeil du volcan afin de pouvoir déceler les phases anormales de l’évolution d’un volcan qui peuvent être les prémices d'une future éruption. Toutes ces examens doivent être réunis pour pouvoir prédire le réveil du volcan, puis pour être capable d'annoncer le moment, l'endroit et le type d'explosion qui risque de survenir. Les informations définissant les caractéristiques des anciennes éruptions ne doivent pas être négligées.
1) La sismologie
La chambre magmatique subit des pressions qui exercent des forces sur les roches au dessus et engendrent des secousses sismiques. Les ondes sismiques sont aussi provoquées par la remontée du magma, qui se frayent un passage entre les roches qui l'empêche de remonter. Ces secousses sont généralement d'une faible ampleur et ne sont pas perçues par la population environnante d'où l'emploi des sismographes. Les sismomètres enregistrent les ondes sismiques provoquées par la remontée du magma de sorte que les volcanologues puissent établir une base de données. Celle-ci est étayée par d'autres stations sismiques afin de donner un ensemble cohérent d'informations relatives au volcan. Une station sismique est constituée d'un sismographe, d'un poste radio, et est alimentée par une station solaire. Dès que toutes les informations sont rassemblées, on peut déterminer la position de l'épicentre et de l'hypocentre (point de départ de la rupture sismique sur une faille) de la secousse. Ces données permettent aux volcanologues de suivre la progression du magma sous le volcan, sa vitesse et sa direction. On peut donc savoir quand et où le magma va arriver à la surface.
Une expérience fut testée sur le Vésuve, elle consistait à faire exploser des charges pour donner naissance à des ondes sismiques. Cela permettait de connaître la réaction des roches composant le Vésuve de façon à comparer avec une éruption réelle. Lors d'une éruption volcanique, le magma remontant à la surface provoque des secousses qui peuvent être détectées par des sismographes. Il est prépondérant, de surveiller la sismicité de tout volcan actif afin de pouvoir prévoir les éruptions. De ce fait, trois sismographes sont nécessaires pour détecter la provenance du magma et sa direction. Actuellement, 10 sismographes détectent en permanence les moindres vibrations du Vésuve pour éviter la surprise des populations en cas d'éruption dévastatrice.
Schéma d'un sismographe exemple de relevé sismique
2) Déformation du sol
a) Inclinaison du sol :
La pression et la remontée du magma avant une éruption volcanique augmentent le volume du volcan et déforment son cône. Ces déformations sont enregistrées par des appareils qui mesurent l'inclinaison de la pente comparée à une verticale définie à l'avance : les inclinomètres. Ils sont mis en place sur les volcans et calculent les variations très minutieusement (au microradian près). Comme pour les sismographes, la combinaison de tous les appareils permet aux volcanologues de localiser la remontée du magma et son probable point de sortie. C'est pourquoi l'inclinaison de la pente du volcan est constamment mesurée grâce à des instruments appelés inclinomètres qui peuvent déceler la moindre variation de l'angle formé par le volcan avec la verticale.
On utilise différents types d'inclinomètres. L'inclinomètre de Blum est constitué d'un pendule horizontal suspendu par deux fils de quartz. La plaque est en argent, et sert de pendule qui indique la verticale, maintenu par un champ magnétique. Le système de détection est formé par une cellule différentielle et une diode électroluminescente.
Mécanisme de l'inclinomètre de Blum
b) L'électro-optique :
On utilise également des appareils électro-optiques, nommés distanciomètres laser. Ces instruments comparent le temps que met le faisceau d'un laser entre un point fixé sur le volcan et un autre sur une zone écartée de toutes variations dues au volcan. On peut ainsi découvrir une éventuelle variation de la distance entre ces deux points. Cette méthode permet d'apercevoir les modifications des flancs du volcan, et donc de savoir si le magma remonte à la surface.
Utilisation du distanciomètre laser
c) Mesure des failles :
Les volcans en activité sont en mouvement et des failles visibles à l'oeil nu apparaissent sur leurs flancs. La remontée du magma entraîne un soulèvement du cône. Cela agrandit les failles du volcan rapidement. En observant ces déformations anormales, on peut mesurer grâce aux extensomètres les écartements et aussi les fermetures de ces failles, qui signalent une remontée de magma.
Il existe deux types d'extensomètres :
extensomètre à piste de carbone extensomètre de silice
Pour l'extensomètre à piste de carbone, chaque mouvement de la faille est enregistré par le curseur sur la piste de carbone. Ce type d'extensomètre est très précis car il permet de mesurer les mouvements de la faille au centième de millimètre près.
L'extensomètre de silice est aussi précis mais fonctionne grâce à la tension mesurée entre plusieurs bobines. Les bobines 1 et 2 sont branchées en série et on applique un courant sinusoïdal à la bobine 3. Un courant alternatif est créé dans les bobines 1 et 2 par induction. Lors d'un mouvement des parois de la faille, la ferrite (céramique magnétique) se déplace par rapport aux bobines. On constate alors que les tensions que l'on mesurait précédemment diffèrent en fonction du déplacement des bords de la faille. La plupart des composants sont fabriqués en silice, d'où le nom d'extensomètre de silice.
extensomètre de silice extensomètre à piste de carbone
d) Surveillance par satellite :
Les satellites fournissent aux volcanologues des photos du volcan et leur permettent donc de déterminer la forme du volcan à un moment bien précis. Les volcanologues comparent régulièrement des photos du volcan prises à différents moments. Le résultat de cette analyse montre les différentes positions du volcan. On établit ensuite avec toutes les photos prises la géométrie générale de la déformation du volcan. Les satellites sont extrêment précis et permettent de positionner les cotes et de donner les coordonnées des points de repères au centimètre près.
e) Surveillance visuelle :
Plusieurs volcans comme l'Etna, le Stromboli et le Vulcano (volcans italiens) sont surveillés en permanence par des caméras installées autour du volcan. Un centre enregistre les données enregistrées par les caméras. Ainsi les volcanologues peuvent observer de nouvelles sorties de gaz et réagir en conséquence en envoyant une équipe sur le terrain analyser le volcan. Ce système est pratique pour les grands changements ou dans les endroits déjà connus et donc surveillés. Cependant aucune caméra ne peut remplacer l'oeil humain. Il est donc nécessaire pour les volcanologues de se rendre sur le terrain afin de constater eux-mêmes des nouveaux changements, malgré la mise en oeuvre de tous les moyens évoqués qui surveillent le volcan.
Volcanologue sur le terrain
3) Le magnétisme et les mesures gravimétriques
Le champ magnétique peut être bouleversé par des variations de chaleur modifiant l'état des roches (qui sont plus ou moins fluides) dans la chambre magmatique. Ces perturbations sont ressenties jusqu' à la surface. Des stations sont construites sur les flancs du volcan (sur une zone non sujette aux influences du volcan) pour les mesurer. Le résultat de cette étude renseigne les volcanologues sur l'endroit où se situe la lave. Les magnétomètres (appareil qui sert à mesurer l'aimantation d'un système) analysent les protons qui passent dans le champ total avec une bobine de flux. Cela permet de déterminer les composants de la lave.
Les mesures gravimétriques décèlent les différences entre les densités du magma et des roches qui l’entourent. Avant l'éruption, les couches magmatiques de différentes densités remontent vers la surface du cratère. Cette différence de densité provoque alors une variation de la pesanteur. Par conséquent les gravimètres sont des instruments de mesure permettant de prévoir une éruption volcanique.
Magnétomètre Gravimètre
4) Les changements de types de gaz
a) Géochimie des gaz volcaniques :
Il existe des gaz dissous dans le magma qui sont de formes distinctes car ils proviennent tous de différentes matières. Etant donnée la pression qui est exercée dans la chambre magmatique une fois qu'une fissure apparaît, elle engendre une dépression qui laisse échapper des gaz. Ces derniers remontent à la surface et sortent sous forme de fumerolles. On analyse ces gaz en laboratoire. Comme les solubilités des gaz sont différentes, ils ne remontent pas tous à la surface du volcan en même temps durant l'éruption. Les gaz qui émanent des roches en fusion sont propres à leur matière, et traversent les roches en remontant puis s'incrustent à d'autres matières. L'étude des gaz permet de connaître le type de lave qui se situe sous le volcan et les roches qui constituent le volcan. En outre, plus l'éruption approche plus l'émission de gaz est importante.
Toutefois un problème majeur se pose avec les analyses de gaz : ces dernières sont ponctuelles, comparées aux autres moyens de surveillances disponibles qui fonctionnent eux continuellement. Les volcanologues recherchent activement de nouvelles techniques qui permettraient de faire des analyses directes. Actuellement, l'unique gaz qui permet aux volcanologues de prédire une éruption est le radon, qui surgit du volcan peu avant une éruption.
Récolteurs à gaz
Sonde à radon
b) Hydrochimie :
Les eaux qui s’introduisent dans les roches volcaniques se chargent de gaz qui sont analysés à la sortie de la source. Ainsi l'étude des sources sortant des flancs du volcan est un moyen efficace pour le surveiller.
c) Infra-rouge :
Les scientifiques américains expérimentent une nouvelle méthode de surveillance des volcans pour prévoir une éruption. Grâce aux rayons infra-rouge, la NASA a pu constater une hausse de la température sous la surface du Mont Saint Helens juste avant que l’éruption ne se manifeste.
Schéma présentant les principales méthodes qui permettent d'étudier le volcan
