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Pour mieux analyser l’activité volcanique…

La plupart (pour ne pas dire tous) les volcanologues aimeraient avoir à leur disposition un tomographe géant capable de voir les entrailles d’un volcan, un peu comme les services des douanes peuvent examiner l’intérieur des bagages dans les grands aéroports. Malheureusement, nous sommes encore loin d’avoir à notre disposition une telle technologie qui nous permettrait de mieux prévoir les éruptions, domaine pour lequel nous sommes encore démunis. Malgré tout, les recherches vont bon train et plusieurs approches intéressantes ont été testées sur les volcans.

C’est ainsi que des scientifiques de l’Institut Langevin et de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP) ont mis au point en 2024 une méthode d’imagerie innovante capable de sonder les entrailles d’un volcan à une résolution et une profondeur inégalées jusqu’ici. Parus dans la revue Communications, Earth & Environment, ces travaux offrent une nouvelle approche de la volcanologie et pourraient permettre de mieux anticiper les éruptions.

La publication de l’IPGP explique que, de nos jours, la tomographie sismique exploite les séismes pour sonder leurs propriétés mécaniques mais elle demande une activité sismique importante et la résolution des images obtenues est seulement de l’ordre de quelques kilomètres. Les scientifiques de l’Institut Langevin et de l’IPGP ont mis au point une nouvelle méthode d’imagerie, dite matricielle passive, qui plonge dans les entrailles du volcan jusqu’à dix kilomètres de profondeur et résout sa plomberie interne avec une précision de l’ordre de la centaine de mètres à partir du seul bruit sismique.

Ces résultats ont été obtenus sur La Soufrière de la Guadeloupe. Ils révèlent la forme tortueuse de la cheminée du volcan dans sa partie supérieure. Ils confirment aussi l’existence d’une large zone de stockage de magma en profondeur. Il s’agit d’un réseau de lentilles de magma horizontales connectées entre elles.

Pour parvenir à ce résultat, les scientifiques, en collaboration avec l’Observatoire volcanologique et sismologique de Guadeloupe, ont déployé un réseau de géophones qui captent non seulement les secousses sismiques, mais aussi le bruit sismique induit par le vent, l’océan et l’activité humaine. Ce bruit sismique mesuré pendant deux mois a servi à construire une matrice de réflexion, inspirée de travaux précédents de la même équipe sur l’échographie ultrasonore et la microscopie optique. Cette matrice est exploitée pour compenser finement les distorsions que les ondes sismiques subissent en traversant les différentes structures géologiques et poches de magma du volcan. Ces hétérogénéités ne sont alors plus un obstacle et une image de la structure interne du volcan est obtenue comme si ce dernier était devenu transparent.

Cette technique d’imagerie matricielle passive peut être appliquée à n’importe quel volcan pourvu qu’il y soit déployé un réseau dense de géophones. Elle ouvre ainsi un vaste champ d’applications en volcanologie, pour mieux comprendre la structure interne des volcans et les mouvements du magma en profondeur. Cela pourrait permettre d’anticiper de manière plus efficace les éruptions volcaniques.

Source : IPGP.

Référence: E. Giraudat, A. Burtin, A. Le Ber, M. Fink, J-C. Komorowski & A. Aubry. Matrix imaging as a tool for high-resolution monitoring of deep volcanic plumbing systems with seismic noise. Commun Earth Environ 5, 509 (2024). DOI : 10.1038/s43247-024-01659-2.

a) Vue tri-dimensionnelle du volcan obtenue par une migration confocale de la matrice de réflexion. L’image est totalement brouillée par les distorsions des ondes sismiques induites par les hétérogénéités du volcan. b) Image matricielle du volcan obtenue par apprentissage des lois de focalisation compensant les hétérogénéités de ce dernier. Jusqu’à 5 km, l’image révèle le conduit tortueux de la Soufrière. Au-delà, une zone de stockage du magma est mise en lumière avers un arrangement complexe de lentilles de magma horizontales connectées les unes aux autres. © Elsa Giraudat

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Il y a quelques années, La Soufrière de la Guadeloupe a déjà servi de banc d’essai à une étude sur l’utilisation des muons en volcanologie. J’ai publié plusieurs notes à ce sujet sur ce blog. Cette nouvelle technologie est basée sur l’utilisation des particules en provenance des couches supérieures de l’atmosphère. J’ai décrit cette technologie plus en détail dans des notes parues le 21 novembre 2015 et le 10 février 2016 :

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2015/11/21/muons-et-volcans-muons-and-volcanoes/

Les scientifiques français ont utilisé la tomographie muonique dans le cadre du projet DIAPHANE sur le volcan de la Soufrière à la Guadeloupe. Des équipes du CNRS ont installé des capteurs de muons cosmiques sur les flancs du volcan. La technologie a permis de «suspecter la présence d’importantes cavités» à l’intérieur de l’édifice volcanique.

En cliquant sur le lien ci-dessous, vous pourrez visionner un excellent document (en anglais) montrant la mise en place du projet DIAPHANE sur la Soufrière en avril-mai 2015 :

https://www.bo.infn.it/sminiato/iprd16/01_Lunedi/Mattina/04_Marteau.pdf

Selon les chercheurs en charge du projet DIAPHANE, son but est d’augmenter la couverture tomographique du dôme de La Soufrière de la Guadeloupe. Il s’agit aussi de fournir des données uniques, non seulement d’imagerie structurelle, mais surtout du suivi dynamique du système hydrothermal du volcan. Le rapport entre le niveau d’eau liquide et gazeuse est en effet un des points essentiels dans la compréhension du fonctionnement d’un volcan de ce type, constamment arrosé par les pluies tropicales (8 à 10 mètres de précipitations annuelles !), et siège de fréquentes éruptions phréatiques.

Voici des images de l’intérieur de la zone sommitale de La Soufrière et du Stromboli obtenues grâce à la muographie.

 (Sources: IPGP, JMA)

Il faut toutefois ajouter que si ces images muoniques permettent d’avoir une idée de l’intérieur du volcan, elle n’apportent rien, ou pas grand-chose, en matière de prévision éruptive. Elles fournissent une image statique, longue à obtenir, à un moment donné. La nouvelle méthode d’imagerie matricielle passive semble un peu plus dynamique mais ne prend pas en compte tous les paramètres liés à l’activité volcanique.

Source : CNRS.

L’érosion littorale à la Guadeloupe

Dans une note publiée le 22 janvier 2021, j’attirais l’attention sur l’érosion littorale à la Martinique et à la Guadeloupe. Selon les modélisations du BRGM, le niveau de la mer en Guadeloupe pourrait monter jusqu’à 1,4 m d’ici à 2100, avec des risques de submersions marines et des conséquences sur l’habitat privé et l’activité économique.

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2021/01/22/lerosion-littorale-a-la-martinique-et-a-la-guadeloupe/

Cette situation de la Caraïbe est confirmée par une étude du Centre d’études et d’expertises sur les risques, la mobilité et l’aménagement (CEREMA) qui indique que d’ici 2050 plus de 5 000 logements deviendront inhabitables du fait de l’érosion naturelle et la montée du niveau de la mer causées par le réchauffement climatique. L’archipel des Antilles concentre à lui seul plus de 10% de ces logements menacés.

Le département le plus touché est la Guadeloupe. À Petit-Bourg, par exemple, face à l’avancée de la mer, une trentaine de familles ont déjà dû être relogées.

Les falaises de la commune de Petit-Bourg, d’une dizaine de mètres de hauteur, s’effritent en permanence. En 20 ans, la plage a disparu, remplacée par un amas de terre, d’arbres morts et de blocs de béton. Plusieurs maisons ont en été emportées par les éboulements, d’autres sont en équilibre au bord de la falaise et leurs occupants doivent quitter les lieux et être relogés dans des lotissements de la commune. Le problème, c’est que toutes ces maisons ont été construites il y a 50 ans ou plus, sans autorisation, sur des terrains appartenant à l’Etat. Les personnes ne sont pas propriétaires et on ne peut pas les exproprier. L’Agence des 50 pas géométriques explique que «  le principe est qu’elles puissent être relogées ailleurs en devenant propriétaire, en ayant un titre. »

Des solutions concrètes seront proposées aux habitants d’une vingtaine d’autres communes de Guadeloupe menacées, comme Petit-Bourg, par la montée des eaux.

Source: France Info.

 Avis de démolition à la Guadeloupe (Source : Agence des 50 Pas Géométriques)

L’érosion littorale à la Martinique et à la Guadeloupe

Avec le réchauffement climatique, la fonte de  la banquise et des glaciers, la hausse du niveau des océans menace de plus en plus de zones littorales dans le monde. Au cours de ma conférence « Glaciers en Péril », je donne l’exemple de l’Alaska où la mer libre de glace ne protège plus la côte contre les assauts des vagues pendant les tempêtes. Plusieurs structures se sont déjà écroulées dans la mer ; des familles ont dû être relogées et on prévoit, pour des raisons de sécurité évidentes, de délocaliser certains villages vers l’intérieur de l’Etat, avec des conséquences dramatiques sur le mode de vie et l’économie de subsistance des habitants qui dépendent largement des ressources de la mer.

L’Alaska est loin d’être un cas exceptionnel. Aux Antilles, des enrochements ont été installés sur la côte caraïbe de la Martinique, au nord du Prêcheur pour freiner les élans de la mer. Par le passé, plusieurs maisons d’habitation ont disparu dans les flots dans cette zone de l’île.

Enrochements au nord du Prêcheur (Photo : C. Grandpey)

Une autre méthode consiste à végétaliser la côte avec la plantation d’espèces endémiques de la Martinique comme le raisinier bord de mer, l’aloé vera ou encore la patate bord de mer. Ces plantes, du fait de leur importante densité végétale et de leur système racinaire, composent une armature qui retient le sable.

La plage des Salines à Sainte-Anne est un autre exemple emblématique du recul du trait de côte à la Martinique. Chaque année la mer gagne en moyenne 1 mètre sur le littoral.

Effets de l’érosion littorale à la Martinique (Source : DEAL de la Martinique)

De Sainte-Anne au Prêcheur en passant par le Carbet, c’est toute la côte qui est touchée par ce phénomène. Au dire des scientifiques, c’est le désensablement intensif des mers et rivières et le réchauffement climatique qui sont responsables de l’érosion littorale. Le processus semble irréversible, redessine les côtes martiniquaises et obligera les citoyens et les autorités à revoir l’aménagement des communes en bord de mer.

Effets de l’érosion littorale à la Martinique (Source : DEAL de la Martinique)

Les habitants de la Guadeloupe sont inquiets eux aussi devant la montée des eaux. A Petit-Bourg, 80 maisons menacent de s’effondrer avec l’érosion côtière. Au total, 43 familles d’un quartier situé au-dessus d’une falaise doivent évacuer d’urgence. En fait, l’urgence dure depuis plusieurs années, mais les pluies diluviennes du mois de novembre 2020 en Guadeloupe où près de 200 ml sont tombés en quelques heures, ont encore amplifié le problème après l’effondrement d’un pan de falaise. Devant la gravité de la situation, certains habitants ont accepté d’être relogés.

Le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) explique que « l’activité anthropique a fortement accéléré le recul naturel du trait de côte en Guadeloupe. ». Entre 1950 et 2013, les plages du Sud Grande Terre, ont reculé d’un à sept mètres par an, et certaines falaises reculent régulièrement.

Selon une étude de l’Observatoire régional Énergie-climat de 2019, « la côte qui s’érode sans présence humaine, c’est naturel, mais si cet espace est utilisé par les humains, cela change la donne et peut s’avérer dangereux. » C’est le cas à Sainte-Anne, Pointe-Noire ou Capesterre-Belle-Eau, où plusieurs habitations sont en première ligne.

Avis de démolition à la Guadeloupe (Source : Agence des 50 Pas Géométriques)

En Guadeloupe, selon les modélisations du BRGM, le niveau de la mer pourrait monter jusqu’à 1,4 m d’ici à 2100, avec des risques de submersions marines et des conséquences sur l’habitat privé et l’activité économique.

Nouveau sismomètre sur La Soufrière de la Guadeloupe // A new seismometer at La Soufrière (Guadeloupe)

Une surveillance étroite de l’activité volcanique exige une expertise dans des domaines tels que la géophysique, la géologie et la géochimie. En particulier, la surveillance sismique en temps quasi réel est essentielle pour localiser et distinguer les premiers signaux parmi différentes sources d’ondes sismiques, en particulier celles liées au mouvement et à la surpression des fluides à l’intérieur de l’édifice volcanique.

Parmi les principaux indicateurs d’activité volcanique figurent les émissions de gaz et de vapeur, avec des bouches souvent situées près du sommet d’un volcan. Leur activité pourrait être surveillée par des sismomètres installés à proximité, mais les instruments utilisés aujourd’hui ne peuvent pas fonctionner très longtemps à  cause des températures élevées et des nuages ​​de gaz acides. De plus, il est parfois difficile d’accéder aux instruments classiques pour les repositionner ou pour assurer leur maintenance d’urgence, en particulier dans les phases pré-éruptives.

La Soufrière de la Guadeloupe est un exemple des défis auxquels sont confrontés les volcanologues. La dernière activité significative a consisté en une éruption phréatique en 1976 ; elle a provoqué une évacuation très controversée de la population.
Depuis le début de l’année 2018, le stratovolcan, qui culmine à 1467 mètres, montre des signes réels d’activité. Afin de mettre en place un système de surveillance robuste et de haute résolution, une équipe de scientifiques français dirigée par Romain Feron du Groupe ESEO et le laboratoire LAUM de l’Université du Mans a installé avec succès un sismomètre optique, le premier instrument haute résolution sur un volcan actif. Le sismomètre, utilisé pour surveiller les émissions de gaz et de vapeur, a survécu à l’environnement hostile de la zone sommitale du volcan, contrairement aux autres instruments utilisés précédemment qui ont été rapidement détruits.
Romain Feron et ses collègues ont gravi La Soufrière en septembre 2019 et installé le sismomètre optique à environ 10 mètres d’une fumerolle très active au sommet du volcan. Le capteur est un géophone opto-mécanique (interaction de la lumière avec des objets mécaniques à l’échelle des énergies faibles) qui est interrogé via un câble à fibre optique de 1,5 km par une télécommande, et un système opto-électronique beaucoup plus sûr sur le flanc du volcan.
La station sismique mesure les mouvements du sol et transmet les données en temps réel à l’Observatoire Volcanologique et Sismologique de la Guadeloupe (OVSG). Elle fonctionne mécaniquement et ne nécessite pas d’alimentation électrique qui devrait affronter l’environnement nocif du sommet. L’instrument est enveloppé de Téflon pour le protéger des gaz agressifs.
Le Groupe ESEO et l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) ont commencé la fabrication de ce nouveau sismomètre en 2008. Il a fallu 10 ans le mettre au point, mais son bon fonctionnement prouve qu’il pourrait être une bonne solution sismique dans d’autres environnements dangereux, comme les champs pétrolifères et gaziers, ou les centrales nucléaires où règnent des températures extrêmement élevées. Un tel sismomètre optique, ainsi qu’une variété d’autres capteurs géophysiques construits sur le même principe, pourraient être installés dans une grande variété de sites avec des fibres mesurant jusqu’à 50 km de long.
Le sismomètre optique, désormais opérationnel sur La Soufrière depuis neuf mois, collecte des données qui seront combinées avec d’autres observations de l’OVSG.

Reference : « First Optical Seismometer at the Top of La Soufrière Volcano, Guadeloupe » – Feron, R. et al. – Seismological Research Letters.

Source: The Watchers.

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Accurate monitoring of volcanic activity demands expertise in fields including geophysics, geology, and geochemistry. In particular, seismic monitoring in near real time is essential to locating and discriminating early signs among different sources of seismic waves, especially those related to movement and overpressure in underground fluids.

Among the major indicators of volcanic restlessness are fumaroles, or gas and steam vents, often located near a volcanic summit. Their activity could be monitored by seismometers in their vicinity, but today’s standard instruments cannot last very long when exposed to the high temperatures and the clouds of sulfurous, acidic gases near a fumarole. Conventional gear may also not be accessible for emergency deployment, or repair, even in pre-eruptive phases.

La Soufrière de Guadeloupe Volcano in the Caribbean typifies such challenges. Its last significant event was a phreatic eruption in 1976 that prompted the much debated evacuation of the archipelago’s nearby capital.

Since early 2018, the 1467-metre-high stratovolcano has shown signs of increased activity. To provide a hardy, high-resolution monitoring system, a team of French scientists led by Romain Feron from the ESEO Group and the LAUM laboratory at the Le Mans University successfully installed an optical seismometer, the first high-resolution instrument placed on an active volcano. The seismometer, used to monitor gas and steam eruptions, survived the summit’s hostile environment, unlike other previous instruments that were quickly destroyed.

Feron and his colleagues climbed the Soufrière volcano in September 2019 and installed the optical seismometer just about 10 metres away from a vigorous summit fumarole. The sensor is a purely opto-mechanical geophone that is interrogated through a 1.5 km fiber-optic cable by a remote, and much safer optic-electronic system down the volcano’s flank.

The station measures the ground displacement and sends the records in real-time to the French Volcanological and Seismological Observatory of Guadeloupe (OVSG). It purely operates mechanically and does not require a power supply that would be prone to the dangers of the summit’s environment. The instrument is encased in Teflon to protect it from sulfuric gases.

The ESEO Group and the Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) started development of this novel seismometer in 2008. It took 10 years to develop the instrument, and its success indicates that it could be a good seismic solution in other dangerous environments, such as oil and gas production fields and nuclear power plants  with extremely high temperatures. Such an optical seismometer, as well as a variety of other geophysical sensors built on the same principle, can be installed in a wide variety of sites with fibers up to 50 km long.

The optical seismometer, now in operation on La Grande Soufrière for nine months, is gathering data that will be combined with other observations from the Guadeloupe observatory to better monitor the volcano.

Reference : « First Optical Seismometer at the Top of La Soufrière Volcano, Guadeloupe » – Feron, R. et al. – Seismological Research Letters.

Source: The Watchers.

Source : Wikipedia