Volcans
Comment les éruptions volcaniques sont prévues en Islande
Découvrez comment les scientifiques surveillent et prédisent les éruptions volcaniques en Islande
L’Islande est l’un des endroits les plus actifs géologiquement au monde. C’est ce qui rend l’Islande si unique et dynamique ! C’est pourquoi, toutefois, il est important que les scientifiques et les experts gouvernementaux puissent prévoir efficacement quand et où une éruption volcanique pourrait se produire.
Mais vous êtes-vous déjà demandé comment les volcanologues peuvent prévoir une éruption alors que tout semble invisible, se déroulant sous terre jusqu’au moment où la lave jaillit de la terre ? Découvrez maintenant les types de données utilisés et les défis auxquels sont confrontés les experts en risques naturels et les scientifiques en Islande pour prévoir les éruptions volcaniques.
Des volcanologues de l’Université d’Islande se préparent à prendre des mesures de lave le premier jour de l’éruption de Meradalir dans le système volcanique de Fagradalfjall, à Reykjanes, en Islande, en août 2022. Photo de Jessiac Poteet.
Comment se forment les volcans en Islande
Avant de pouvoir comprendre les types de données collectées par les scientifiques qui surveillent les volcans islandais, nous devons comprendre comment ces systèmes volcaniques se forment (de manière très générale, bien sûr !).
Savoir comment ils se forment nous aide à comprendre pourquoi les scientifiques recueillent les données qu’ils recueillent. Voici un bref aperçu de la façon dont beaucoup de volcans islandais entament leur phase pré-éruptive :
Le magma remonte des profondeurs de la Terre. Pour de nombreux volcans islandais, le magma commence à s’accumuler sous terre pendant des années ou des mois avant même qu’une éruption ne débute. En remontant vers la surface, ce magma fracture le socle rocheux existant, depuis très profondément dans la croûte terrestre ou la limite du manteau, et commence à s’accumuler dans le sous-sol.
Le magma commence à s’amasser et à s’accumuler. Il s’accumule dans différents types de zones de stockage magmatique, comme des sills ou chambres magmatiques. Ce sont différents types de réservoirs souterrains qui varient en taille, en forme et en durée d’utilisation.
Le volume de magma augmente et la pression s’accroît. La pression commence à monter à mesure que le volume de magma souterrain augmente et exerce une poussée sur le socle rocheux. Le sol au-dessus de l’accumulation de magma commencera à se soulever si suffisamment de magma s’y rassemble.
Le magma est injecté dans la croûte superficielle. Lorsque la pression et le volume atteignent un maximum (propre à chaque système), le magma se libère et remonte rapidement vers la surface à travers des cheminées volcaniques ou des évents de volcans préexistants, ou via un réseau de dykes et de fractures associés à de nouvelles fissures volcaniques.
Le magma entre en éruption et devient de la lave. Le magma se libère du sous-sol et entre en éruption soit sous forme d’éruption explosive de lave, de projections et de cendres, comme à Eyjafjallajökull, soit sous forme d’éruption effusive de lave, comme les éruptions actuelles à Fagradalsfjall et Svartsengi.
Alors, pourquoi avons-nous passé en revue ce processus ? Vous connaissez maintenant les étapes géologiques clés et les moments que les scientifiques et les experts des risques naturels recherchent pour prévoir ce qui se passera ensuite dans la vie d’un volcan. Ils cherchent l’accumulation, la remontée et l’éruption du magma.
Maintenant que nous comprenons la séquence de base des événements menant à une éruption volcanique (là encore, de manière très générale), nous pouvons passer aux données !
Exemples de types de données que les scientifiques et les experts en risques naturels utilisent pour étudier et prévoir les volcans : (1A&B) données sismiques, mais représentées sur une carte (1A), puis en 3D pour montrer la profondeur (1B) ; (2) une carte réalisée à partir de deux passages satellites InSAR au-dessus de la péninsule de Reykjanes, montrant un soulèvement au-dessus de la région de Svartsengi ; (3) un autre type de données sismiques (acoustiques) montrant les ondes sonores des séismes frappant un récepteur au sol ; (4) des graphiques GPS du mouvement à Krýsuvík, montrant un mouvement dans les directions nord-sud, est-ouest et haut-bas ; et (5) des données de forage montrant la température, la pression, les séismes et la lithologie (c.-à-d. les types de roches). Données provenant de l’Office météorologique islandais (IMO) et du Journal of Geophysical Research, champ géothermique de Krafla, 2026.
Les données que les experts utilisent pour prédire les volcans
Il existe de nombreux types de données différents que les volcanologues et les experts des risques naturels collectent et étudient pour les aider à prévoir une éruption, depuis les profondeurs de la Terre jusqu’à l’espace. Résumons ces types de données et expliquons en détail comment ils aident chacun les scientifiques. Voici un bref aperçu :
Données sismiques - surveillent les séismes provoqués par les mouvements du magma et les tensions ou compressions dans la croûte terrestre
Données GPS - suivent en temps réel les mouvements du sol vers le haut, vers le bas ou latéraux à un point précis.
Données InSAR - utilisent des satellites pour mesurer le déplacement du sol à long terme, avec une haute résolution, sur une vaste zone
Données de forage - exploitent les différences de température, d’inclinaison, de pression, de chimie et de dynamique des fluides pour surveiller les changements du sous-sol
Données observationnelles - mobilisent nos cinq sens pour recueillir des données sur les changements de l’environnement local
Données analogiques - s’appuient sur des données du passé et d’autres systèmes volcaniques similaires pour établir des parallèles avec les événements actuels
Comme vous pouvez le voir, les scientifiques et les experts des risques naturels disposent de nombreux types de données pour étudier les systèmes volcaniques. Passons maintenant en revue chacun de ces types de données plus en détail.
Données sismiques
Ces données acoustiques enregistrent les vibrations dans la Terre, permettant aux spécialistes de détecter les séismes et de suivre la manière dont les contraintes et le magma se déplacent dans un système volcanique. Les schémas de ces signaux peuvent révéler quand le magma s’accumule, remonte, fracture la roche ou augmente la pression dans le système. Les données sismiques comprennent généralement la magnitude du séisme, sa profondeur et l’emplacement en surface directement au-dessus du séisme. En utilisant les statistiques de nombreux séismes au fil du temps, les spécialistes de la sismicité peuvent commencer à reconstituer une image des mouvements et des contraintes dans le sous-sol. Par exemple, tous les séismes dans une zone sont-ils localisés à des profondeurs similaires, ou sont-ils tous alignés à différentes profondeurs ? Cela pourrait potentiellement faire la différence entre la formation d’un sill ou d’un dyke.
Données GPS
En utilisant à la fois le GPS et le GNSS, qui sont des récepteurs fixes, au sol, ancrés au terrain et utilisant des satellites pour mesurer leur position avec une précision millimétrique. En suivant de minuscules déplacements dans le temps, les scientifiques peuvent détecter la déformation du sol en un point précis causée par le magma qui se déplace sous un système volcanique. L’ensemble de données islandais basé sur les satellites suit les mouvements latéraux, comme vers le nord, le sud, l’est ou l’ouest, mais aussi les mouvements sur l’axe y, c’est-à-dire vers le haut ou vers le bas. Par exemple, un mouvement vers le haut pourrait indiquer que le magma s’accumule dans le sous-sol, tandis qu’un mouvement vers le bas pourrait indiquer que le magma se vide d’une chambre magmatique et se déplace ailleurs.
Données InSAR
Cela signifie Interferometric Synthetic Aperture Radar (nous vous promettons qu’il n’y aura pas de test sur ce sujet !), et constitue un type important de données collectées par satellite qui mesure les mouvements régionaux sur une période plus longue. En termes très généraux, un type spécifique de satellite survolera une région et enverra des ondes radar à la surface du sol. S’il peut le faire deux fois, à des dates différentes, les scientifiques sont en mesure de comparer les deux passages du satellite et de produire une carte régionale des mouvements. Les cartes produites sont très colorées et compliquées à lire, mais les zones de couleur uniforme indiquent moins de mouvement, tandis que les zones aux bandes de couleur plus serrées indiquent davantage de mouvement ou de déformation du sol.
Données de forage
Si des forages ont été réalisés dans la zone, des capteurs et des dispositifs de surveillance placés dans le forage mesurent toute une série de types de données, notamment la température, l’inclinaison, la pression, la chimie des gaz, la dynamique des fluides et même la sismicité. Des augmentations de température, des changements de pression et une hausse de certains gaz peuvent être des signaux précurseurs de mouvement du magma. Par exemple, en 2023, à la centrale géothermique de Svartsengi, une augmentation de SO2 a indiqué que le magma remontait dans le sous-sol et se rapprochait de la profondeur du forage. Et de nombreuses stations d’observation des volcans ici disposent de capteurs qui mesurent l’inclinaison du sol.
Données observationnelles
C’est un ensemble de données fourre-tout, et ce n’est pas toujours un ensemble de données formel. Il s’agit simplement d’observations humaines des changements locaux et régionaux qui peuvent nous alerter sur une future éruption volcanique. Parmi les principaux éléments que les experts des risques naturels surveillent en Islande figurent les inondations glaciaires à mesure qu’un système volcanique se réchauffe, le réchauffement de l’approvisionnement en eau lorsque les puits locaux enregistrent une hausse de température, ou encore l’intensification des dégagements de vapeur du sol ou l’augmentation de l’activité des manifestations géothermiques. Cela peut aussi inclure des sorties sur le terrain et des relevés par drone à distance, ainsi que des mesures de fractures fraîches, d’escarpements de faille et de déplacements du sol.
Données analogiques
Les scientifiques utiliseront des données analogiques provenant de systèmes volcaniques similaires, en Islande ou à l’étranger, pour formuler des hypothèses sur la signification de leurs données et sur le moment où le volcan pourrait entrer en éruption par rapport à d’autres volcans similaires. Cela inclut l’examen de toutes les données ci-dessus provenant d’autres systèmes afin de voir s’il existe des parallèles à établir entre eux. Par exemple, avec Svartsengi, les experts locaux utilisent la chronologie des éruptions et les données du sous-sol issues des feux de Krafla et de Holuhraun pour aider à estimer le délai entre les éruptions individuelles de la série d’activité volcanique.
Exemples de types de modèles et de graphiques que les scientifiques et les experts en risques naturels créent à partir de leurs données pour prévoir les éruptions volcaniques : (1) une carte des nouvelles fractures sur la péninsule de Reykjanes dérivées de relevés de terrain sur place et de données InSAR ; (2) un modèle du débit d’arrivée du magma dans un sill souterrain sous Svartsengi ; (3) des séismes cartographiés par profondeur et par temps, avec l’agitation volcanique (mouvement du magma dans le sous-sol, mais sans éruption) représentée. Données provenant du Bulletin of Volcanology et du Nordic Volcanological Center de l’Université d’Islande, ainsi que de l’Office météorologique islandais.
Comment les scientifiques utilisent-ils ces données pour prédire les volcans ?
Après avoir collecté ces données, les scientifiques les utilisent ensuite toutes ensemble pour créer une image complète d’un système volcanique et de son état actuel. Il s’agit généralement de clichés continus d’un système, qui évoluent à mesure que le magma s’accumule, se déplace et entre en éruption. Ils peuvent utiliser une grande partie de ces données pour créer un modèle du sous-sol afin d’estimer les volumes de magma et les taux de remplissage des chambres magmatiques ou des sills souterrains. Ces modèles peuvent prendre la forme de graphiques en 2D du temps par rapport au volume ou au débit, de cartes de surface, de représentations en 3D de l’accumulation de magma proposée dans le sous-sol, ou de rendus en 4D de l’accumulation du magma au fil du temps.
Fiabilité des données pour prédire les éruptions volcaniques
Ces données sont-elles fiables ? Dans l’ensemble, les données collectées pour la prévision volcanique sont généralement fiables. Il existe cependant des circonstances connues qui peuvent affecter l’intégrité des données.
Une triangulation précise des données sismiques nécessite un réseau dense de capteurs.
Le mauvais temps (extrêmement fréquent en Islande) et même les tempêtes géomagnétiques actives provenant du soleil, qui provoquent des aurores boréales (également courantes en Islande), peuvent affecter les données GPS.
Les données InSAR ne peuvent fonctionner que sur terre et si la région est exempte de neige et de nuages.
Il existe donc de nombreux facteurs susceptibles d’affecter les données et leur collecte, même si les experts peuvent généralement tenir compte de ces problèmes et effectuer des corrections.
Bien sûr, même si les données elles-mêmes peuvent être globalement très fiables, leur interprétation peut toujours s’avérer difficile. Tous les essaims sismiques ne sont pas un précurseur d’éruption, et tous les champs de lave fumants ne signifient pas que le magma est proche de la surface. Il n’existe pas de prévision garantie à 100 % en matière d’éruptions volcaniques, mais les scientifiques peuvent généralement cerner les périodes où une éruption est la plus probable à l’approche de celle-ci. Et une fois que le magma devient suffisamment peu profond, les scientifiques disposent généralement de 30 minutes à quelques heures pour avertir le public d’une éruption imminente.
Le mot de la fin sur la prédiction des volcans en Islande
Nous espérons que cela vous permettra de mieux apprécier la quantité de données que les experts doivent recueillir et interpréter, ainsi que de comprendre qu’il ne s’agit pas d’une tâche infaillible et précise que de prévoir une éruption volcanique. Il est difficile de prévoir quelque chose que nous ne pouvons pas voir directement de nos yeux. Mais même si prévoir une éruption volcanique est complexe et difficile, les scientifiques islandais relèvent le défi chaque jour !
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Cet article est rédigé par la géologue Jessica Poteet. Écoutez l’interview avec elle sur le podcast Lava Academy.
