Observatoires volcanologiques et sismologiques

La sismicité, les déformations du sol et les émissions de gaz font partie des principaux paramètres surveillés grâce à l’installation de plusieurs centaines de capteurs sur l’ensemble des massifs volcaniques.

Ainsi, les scientifiques suivent plusieurs paramètres clés :

• L’activité sismique du volcan et de la région est mesurée grâce à un réseau de stations sismiques géré par un observatoire volcanologique et sismologique de l’IPGP pour la Guadeloupe, la Martinique et La Réunion ou le Revosima pour Mayotte (dont celles du RAP d’Epos-France) ;

• La déformation en surface peut être mesurée par des instruments installés in situ (par exemple des stations GNSS, des extensomètres ou des inclinomètres) ou par des images satellitaires ; la déformation en profondeur est suivie par la gravimétrie (via la mesure du champ de pesanteur) ;

• L’activité fumerolienne et la composition des gaz émis, sont contrôlées par des mesures de température et des prélèvements réalisés dans les bouches des fumerolles, par l’analyse directe du panache de gaz, ou d’émission de gaz par le sol ;

• L’activité hydrothermale et la composition des sources d’eau chaude est également surveillée de près par des mesures in situ (pH, température, conductivité, débit, potentiel redox, etc.) et des analyses chimiques sur prélèvement réalisées dans les laboratoires ;

• La température des massifs volcaniques français est aussi suivie grâce à la mise en place de sondes ou de caméras thermiques et à plus grande échelle par l’imagerie satellitaire ;

Lorsqu’un volcan entre en éruption d’autres paramètres importants se rajoutent tels que, pour les principaux, l’analyse et le suivi du flux éruptif (quantité de matière produite par l’éruption par unité de temps), la nature, composition chimique et les propriétés physico-chimiques des produits éruptifs, l’épaisseur et le volume des dépôts éruptifs, la hauteur atteinte dans l’atmosphère par les cendres et retombées de ponces ou de scories, la distance et la vitesse des écoulements pyroclastiques, l’extension spatiale des dépôts éruptifs, la temporalité éruptive (durée et fréquence des phénomènes, vitesse de remontée du magma).

Il est très complexe pour les scientifiques de suivre avec précision la progression du magma depuis ses zones de stockage en profondeur jusqu’à la surface. En effet il n’est pas possible d’observer directement et « en temps réel » la dynamique du magma (à l’instar d’un film d’une coupe verticale sous le volcan). Celle-ci est estimée à partir de différentes observations pétrologiques, géochimiques et géophysiques (cf. question 1) réalisées sur quelques points de mesure en surface et pas forcément de manière continue dans le temps. Ces observations et leur modélisation peuvent traduire de manière indirecte la progression du magma mais peuvent aussi refléter d’autres phénomènes associés à la réactivation d’un volcan. Par exemple, certains évènements sismiques profonds peuvent être interprétés comme une circulation de magma dans des fissures entre les différentes zones de stockage mais d’autres, souvent plus superficiels, peuvent être causés par la circulation de fluides hydrothermaux (eau, gaz) et/ou de la fracturation de l’édifice sans mise en jeu de magma. Ces signaux expriment une réactivation d’un système volcanique et, suivant le type d’observation et de volcan, peuvent apparaître aussi bien plusieurs années que parfois simplement quelques dizaines de minutes avant une éruption. A noter que la majorité des éruptions magmatiques – mais pas toutes – sont précédées de signaux sismiques particuliers, appelés tremors, causés par l’ascension rapide du magma dans la partie terminale du conduit. Mais ces signaux ne sont générés que durant les dernières minutes à heures avant l’éruption.
Plusieurs travaux de recherche prometteurs visent à développer des méthodes d’imagerie à 4 dimensions (espace, temps, paramètre physique) de la structure interne et des déformations des volcans. Mais ces approches doivent encore être développées et nécessiteraient, pour la plupart, l’installation de moyens instrumentaux très importants avant de pouvoir être intégrées de manière opérationnelle dans les systèmes de surveillance.

En complément d’informations, vous pouvez consulter le site de l’INSU

Il n’est pas possible de prévoir avec certitude quand, où et comment une éruption se produira, ni son intensité, ni sa durée. Les scientifiques parlent plutôt de capacité à anticiper une éruption, et pas de prédiction ou de prévision, des termes trop déterministes. On peut cependant évaluer l’occurrence d’une éruption magmatique avec une incertitude, c’est-à-dire une probabilité qui peut être estimée.

En effet, une remontée de magma profond s’accompagne, dans la majorité des cas, de signaux précurseurs clairement identifiables à plus ou moins long terme avant une éruption tels que l’augmentation de la sismicité, signature sismique spécifique traduisant une remontée de fluides, déformations du sol en surface, gaz soufrés à haute température, y compris sur des volcans comme La Soufrière de Guadeloupe malgré une incertitude intrinsèque sur les temporalités, la magnitude et l’évolution de l’éruption. Cependant, grâce aux progrès de la surveillance instrumentale, les éruptions magmatiques de certains volcans très souvent actifs (par exemple, Piton de la Fournaise à La Réunion) peuvent être anticipées avec moins d’incertitude grâce aux signaux avant-coureurs (cf. question 1) qui ont lieu quelques heures à quelques mois avant le début de l’éruption.

En revanche, il existe plusieurs exemples d’éruptions phréatiques (non magmatiques) n’ayant pas été anticipées, car elles n’ont pas été précédées de variation majeure détectable des paramètres de surveillance (sismicité, température des fumerolles, composition chimique, déformation). Ainsi, les éruptions de l’Ontake au Japon en 2014, du Te Maari en Nouvelle-Zélande en 2012, ou du Merapi en Indonésie en 2018, n’étaient pas prévisibles malgré une surveillance permanente. En effet, l’état de l’art de la connaissance des éruptions phréatiques et hydrothermales montre qu’elles sont typiquement fréquentes et soudaines, que leurs signaux précurseurs sont fréquemment absents voire peu nombreux et équivoques, qu’elles se caractérisent par une durée et une intensité très variable, et que les phénomènes associés sont très variés et peuvent s’avérer particulièrement dangereux à proximité. Dans leur très grande majorité les éruptions phréatiques ne sont pas systématiquement suivies par une éruption magmatique. En revanche toute éruption magmatique dont les signes précurseurs sont plus nombreux et marqués sera précédée par une éruption phréatique.

En France, la collecte, l’archivage et la distribution des données liées à l’activité volcanologique est coordonnée par le Service National d’Observation en Volcanologie, qui regroupe les Observatoires volcanologiques et sismologiques (OVS )de l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) ainsi que les actions et plateformes labélisées d’observations de l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (OPGC).

La surveillance opérationnelle des quatre volcans actifs en France est ainsi assurée par les OVS de l’IPGP et la structure nationale du REVOSIMA (pour Mayotte) qui sont chargés dans le cadre de plans d’organisation de la réponse de sécurité civile (Plan Orsec) mis en place par les préfectures, de fournir des informations quotidiennes, hebdomadaires et mensuelles sur l’activité volcanique aux autorités responsables de la protection civile et de la réduction des risques.

Chaque volcan actif français est ainsi associé à un observatoire volcanologique et sismologique (IPGP) ou à une structure nationale pour Mayotte (Revosima, opérée par l’IPGP en co-responsabilité avec le BRGM et en partenariat avec l’IFREMER te le CNRS), qui gère des réseaux d’instruments permanents transmettant des données scientifiques en temps réel, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Ces observations sont complétées par de nombreuses campagnes régulières de mesures ponctuelles et d’études multidisciplinaires. L’ensemble des données recueillies et analysées permet d’établir un niveau de base d’activité du volcan et de détecter tout changement de comportement susceptible de mener à une éruption. C’est la mission d’alerte montante scientifique des observatoires volcanologiques et sismologiques et du REVOSIMA. Ces structures sont aussi responsables diffuser une information régulière à toutes les parties prenantes et à la population sur les phénomènes observés.

Les autorités sont responsables d’élaborer des plans d’organisation de la réponse de sécurité civile (ORSEC) à court, moyen et long terme, ainsi que de préparer et d’implémenter l’évacuation des populations. Les observatoires volcanologiques et sismologiques ne sont jamais impliqués dans la décision ni l’implémentation des évacuations ou des mises en sécurité des populations ou des mesures de préventions. 

En revanche, les observatoires volcanologiques et sismologiques contribuent les données scientifiques qui éclairent les autorités en termes de réponse de sécurité civile. Le rôle de ces plans ORSEC est d’assurer de manière opérationnelle la mise en sécurité des habitants dans les zones à évacuer par les services sous l’autorité des préfets. Mais, il est aussi fondamental d’associer aux stratégies d’évacuation, une stratégie efficace aussi dans le court, moyen et long terme pour gérer les nuisances et les perturbations sociétales causées par l’activité volcanique dans les zones non évacuées mais qui sont impactées par l’activité volcanique à court, moyen, voire à plus long terme (plusieurs années).

Actuellement, dans le système français, les niveaux d’activité volcanique et de vigilance/pré-alerte/alerte volcanique utilisent globalement une même échelle à quatre niveaux/couleurs (vert, jaune, orange, rouge), avec de légères variations en fonction du volcan considéré (ex : Pour le Piton de la Fournaise à La Réunion, un niveau violet est défini pour des éruptions dites hors enclos pouvant menacer directement les populations).

Le niveau d’activité volcanique synthétise la nature et la variation de différents observables scientifiques par rapport à leur niveau de base. Par exemple, un passage du niveau jaune vers le niveau orange correspond à une forte augmentation d’un ou de plusieurs signes précurseurs d’une éruption possible (sismicité d’origine volcanique ressentie, anomalie importante de composition des gaz, forte augmentation de la température des sources ou des gaz, etc.).

Le niveau d’alerte volcanique est en lien avec le niveau d’activité volcanique mais est orienté vers les actions qui sont à engager par les différents services de l’état qui sont impliqués dans la gestion d’une crise d’origine volcanique et termes de réponse de sécurité civile. Suivant le niveau, il peut s’agir de réaliser des actions au long cours (sensibilisation, révision des plans, exercices, etc.), d’interdire l’accès à certaines zones du volcan ou de décider d’évacuer une partie de la population. Les actions à engager par chaque organisme et service de l’état pour chaque niveau de vigilance/pré-alerte/alerte sont définies dans le plan ORSEC volcan de chaque région où ce risque existe sous la responsabilité de la préfecture de chaque région concernée. La décision de changement du niveau d’alerte volcanique est de la responsabilité du préfet qui consulte au préalable les scientifiques qui sont responsables de faire remonter l’alerte montante scientifique et de faire des recommandations en ce qui concerne l’activité volcanique, son évolution, et les scénarios (éruptifs ou non-éruptifs) qui pourraient se dérouler et leurs aléas associés.

Il n’est pas possible d’indiquer une valeur unique et fiable du temps qui nous sépare de la prochaine éruption d’un volcan. Une éruption volcanique est intrinsèquement un phénomène complexe, non linéaire et unique. Les dynamiques éruptives, le type d’éruption, et donc les éventuels signaux précurseurs, ne sont pas identiques d’une éruption à l’autre même pour un même volcan. Néanmoins, la majorité des éruptions magmatiques, et une partie des éruptions phréatiques (non-magmatiques), sont précédées de phénomènes qui peuvent être détectés par les différents systèmes d’observation mise en place et opérés par les observatoires volcanologiques et sismologiques (voir questions 1 et 3). Sur la base des nombreux travaux réalisées par les chercheurs de par le monde lors de précédentes éruptions, il est possible de donner un ordre de grandeur indicatif du délai entre l’apparition de signaux précurseurs et une éruption pour un type de volcan donné. Ces délais sont mentionnés pour chacun des niveaux d’activité et d’alerte volcanique des plans ORSEC des volcans français. Ainsi, concernant La Soufrière de Guadeloupe, le niveau jaune (vigilance) correspond à un délai de l’ordre de quelques années à quelques mois avant une éventuelle éruption, le niveau orange (pré-alerte) un délai de quelques semaines à quelques mois et le niveau rouge (alerte) un délai de quelques heures à quelques jours. Néanmoins, le passage d’un niveau au niveau supérieur, par exemple du vert (niveau de base) au jaune (vigilance), traduit surtout que des observations ont changé mais ne signifie pas forcément qu’une éruption se produira et à quelle échéance.

Il est important de se rappeler que l’extraction des liquides silicatés depuis les régions partiellement fondues du manteau à plusieurs dizaines de km sous un volcan actif (qui a eu de l’activité éruptive dans les derniers 10 000 ans) s’effectue sur des échelles de temps de l’ordre de quelques milliers à centaines de milliers d’années. En revanche, les fluctuations de régime de ce phénomène lent et profond sont difficilement décelables, mais peuvent conduire à des déstabilisations rapides, moins d’une année, des magmas accumulés dans les zones de stockage dans la croûte à quelques kilomètres voire dizaines de km sous la surface. Par exemple, l’étude des éruptions passées de La Soufrière de Guadeloupe a montré que seulement 12 jours à 6 mois suffisent, dans certains cas, pour déstabiliser le magma éruptible dans les zones de stockage de magma crustal, après l’injection de magma mantellique basaltique. Cette déstabilisation produira les premiers signes précurseurs d’une éruption potentielle. Une fois déstabilisés, les magmas peuvent remonter rapidement (vitesse d’ascension de 0.01 à 10 m/s sur les derniers 20 km) vers la surface qu’ils peuvent atteidre en quelques heures à dizaines de minute.

Enfin, il est important d’insister sur le caractère indicatif des délais indiqués. Ainsi, lors de la dernière éruption de la Soufrière de Saint-Vincent (2020-2021), le niveau d’alerte est passé directement du niveau vert à orange moins de quatre mois avant la phase explosive paroxysmale de l’éruption. Même sur des volcans très actifs, certaines éruptions ont pris de cours les scientifiques avec l’absence de précurseurs à long-terme et un passage direct à une alerte de niveau 1 (éruption imminente) lors de l’éruption de septembre 2016.

Il est primordial d’étudier le comportement passé des volcans pour mieux anticiper leur comportement futur. Chaque volcan possède ainsi sa propre histoire, avec sa propre chronologie éruptive. Les scientifiques cherchent à mieux comprendre son fonctionnement afin d’identifier les différents types d’éruptions possibles, déterminer les conséquences potentielles d’une éruption, définir les zones affectées auparavant et ainsi créer des cartes des zones à risque afin d’informer les autorités.

Malgré une connaissance toujours plus approfondie des processus volcaniques, il reste de nombreuses incertitudes sur les scénarios possibles et l’interprétation des données. Ces incertitudes peuvent être intégrées et pondérées grâce à des méthodes statistiques de jugement des experts. Utilisées depuis 30 ans pour la gestion de crise à Montserrat ainsi que dans le cadre d’autres crises éruptives, ces méthodes permettent de synthétiser et de structurer l’avis d’un groupe d’expert de manière probabiliste en intégrant les incertitudes de ses différents membres sur les connaissances et le fonctionnement des systèmes volcaniques afin de les présenter aux autorités de manière moins binaire et arbitraire.

Une éruption volcanique est, au premier ordre, un phénomène relié à la dynamique interne de la Terre et permettant l’évacuation d’une partie de la chaleur primitive et générée par des réactions radioactives dans le manteau et la croûte terrestre. Néanmoins, des travaux scientifiques tendent à montrer que des phénomènes externes peuvent légèrement moduler la dynamique des systèmes hydrothermaux et magmatiques et donc influer sur le délai avant une prochaine éruption, surtout pour des systèmes dans un état de maturité déjà bien avancé. Ces « forçages » externes peuvent correspondre à des variations fortes de la pluviométrie, la fonte de glaciers sommitaux ou les cycles de marée. Ces phénomènes modifient les contraintes (les « forces ») et/ou la résistance des roches hôtes, principalement dans la partie superficielle des édifices volcaniques, ce qui peut faciliter, ou à l’inverse empêcher, la circulation des fluides hydrothermaux, voire magmatiques.

Les séismes, qui sont des phénomènes internes, peuvent également, dans certains cas spécifiques, moduler l’activité volcanique, en particulier lors de séismes de très forte magnitude se produisant dans l’environnement proche de volcans. Ainsi différentes études ont montré que le séisme de Tohoku au Japon en 2011 avait engendré une réactivation de quelques volcans japonais.

La communication sur les observations effectuées et le niveau d’activité des volcans français est l’une des missions fondamentales des observatoires volcanologiques et sismologiques (OVS) de l’IPGP. Chaque OVS est en lien direct et continu avec les autorités, et en particulier les services des préfectures, et leur transmet régulièrement l’ensemble de ses observations et interprétations. Celles-ci permettent notamment aux préfets de décider d’une modification du niveau d’alerte volcanique des plans ORSEC volcan régionaux.

Chaque OVS produit également des bulletins d’information synthétisant les observations effectuées de manière mensuelle et annuelle. Suivant le niveau d’activité, des bilans hebdomadaires ou quotidiens peuvent également être réalisés. L’ensemble de ces bulletins sont accessibles à tous dans la section des OVS sur le site web de l’IPGP. Ils sont également relayés sur les réseaux sociaux Facebook et BlueSky de chaque OVS, tout comme les bulletins exceptionnels informant d’un changement d’activité volcanique majeur ou de la survenue d’un séisme ressenti.

Enfin, les OVS ont la responsabilité, en cas de changement de niveau d’activité volcanique susceptible de générer des cendres dans l’atmosphère, d’alerter très rapidement sous forme de messages VONA les centres de veille « cendre volcaniques » (VAAC) définis par l’organisation internationale de l’aviation civile (OACI) dans le cadre d’une convention entre l’IPGP et le ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires (MTECT).

La volcanologie est une branche thématique des géosciences qui implique de nombreuses disciplines scientifiques. Le terme « volcanologue » est souvent associé à des chercheur·e·s (ou enseignants-chercheur·e·s) qui étudient l’objet volcan. Ils·elles ont, pour la plupart, suivi une formation universitaire poussée en Géosciences et ont réalisé une thèse de doctorat où ils·elles ont développé une forte expertise sur un sujet de recherche en volcanologie, et sur une ou plusieurs approches techniques, méthodologiques, analytiques spécifiques à la volcanologie. D’autres ont rejoint la volcanologie après des études poussées en sciences fondamentales et appliquées (mathématiques, physique, chimie, ingénierie) à l’université ou dans des écoles d’ingénieur.

Après des parcours parfois très différents, impliquant souvent des expériences post-thèse à l’étranger, les apprentis volcanologues ont réussi un concours leur permettant d’intégrer un organisme de recherche (en France il peut s’agir par exemple d’une université, du centre national de la recherche scientifique – CNRS, de l’Institut de physique du globe de Paris – IPGP, etc.) où ils poursuivent des travaux de recherche en volcanologie et effectuent, pour certains, des tâches d’observatoire visant à coordonner l’acquisition de données scientifiques utiles à la surveillance des volcans et à la recherche.

Mais les observatoires et les laboratoires en volcanologie fonctionnent également grâce à un ensemble de personnes ayant des compétences et des formations différentes et très variées. Il s’agit à la fois de spécialistes en électronique, en instrumentation scientifique, en chimie, en informatique, en ingénierie des données, en gestion financière … qui ont suivi des études dans ces domaines à des niveaux divers allant du Bac au BTS, BUT, Licence, Master ou école d’ingénieur. Ils·elles sont une partie intégrante et fondamentale de ces observatoires et laboratoires, et développent parfois au cours de leur carrière une expertise poussée sur un ou plusieurs volets de la volcanologie tout comme une expérience de gestion scientifique de l’activité volcanique, y compris, en cas d’éruption.