Une nouvelle technique pour essayer de prévoir les éruptions // A new technique to try to predict eruptions

Notre capacité à prévoir les éruptions est encore très faible aujourd’hui. Des progrès ont certes été réalisés au cours des dernières décennies avec de nouveaux instruments performants, mais les centaines de morts causées par les éruptions du Merapi (Indonésie) en 2010 et du Fuego (Guatemala) en 2018 montrent que nous sommes encore très loin de la prévision parfaite.
Une équipe de chercheurs de l’Illinois et du Michigan a testé une nouvelle technique qui, selon eux,  pourrait permettre de prévoir avec précision à quel moment une éruption volcanique se produira. La méthode utilise physique et statistique pour analyser la probabilité de modèles d’éruptions passées. Pour ce faire, les scientifiques ont étudié l’histoire éruptive du volcan Okmok en Alaska.
Un panache de cendre émis lors de l’éruption de l’Okmok en 2008 s’est étiré sur environ 1,6 km dans le ciel et a constitué un danger pour les moteurs d’avion. L’éruption fut une surprise. En effet, après une éruption en 1997, on avait observé des périodes de légère activité dans les années qui ont suivi, mais pratiquement pas de sismicité ou d’autres signes annonciateurs d’une éruption.
Selon les chercheurs, pour développer de meilleures prévisions, il est essentiel de comprendre les éruptions volcaniques qui s’écartent de la norme. Les éruptions sont généralement prévisibles au vu de la sismicité, de l’inflation de l’édifice volcanique et des émissions de gaz, ainsi que d’autres paramètres analysés au cours de la période précédant une éruption. Cependant, l’Okmok ne présentait aucun de ces paramètres.
L’équipe de chercheurs a utilisé le filtrage de Kalman – Ensemble Kalman Filter (EnKF) – une technique d’analyse de données statistiques qui a été améliorée après la Seconde Guerre mondiale. La version utilisée pour l’étude a été mise à jour en 1996 et a continué à être utilisée dans les prévisions météorologiques et climatiques, ainsi que dans l’océanographie physique. L’équipe de chercheurs a été la première à utiliser la méthode en volcanologie, en particulier pour l’étude de l’éruption de l’Okmok.
Les scientifiques ont constaté qu’il n’y avait pas eu d’augmentation de la sismicité avant l’éruption de l’Okmok en 2008. Cela pourrait s’expliquer par le fait que le réservoir magmatique sous le volcan avait conservé la même taille pendant qu’il se remplissait de gaz à haute température et de magma. Cela a entraîné une hausse de pression dans la chambre qui a provoqué le déplacement des roches environnantes, phénomène qui a fini par déclencher des séismes. Lors de l’éruption de 2008, il apparaît que la chambre magmatique s’est agrandie pour s’adapter à l’augmentation de pression, de sorte que l’activité sismique qui aurait dû normalement précéder l’éruption n’a pas eu lieu et n’a donc pas pu être détectée.
En regardant dans le passé grâce aux nouveaux modèles, les scientifiques ont pu constater que des contraintes s’étaient accumulées pendant des semaines dans les roches autour de la chambre magmatique et la croissance du système magmatique avait finalement entraîné sa rupture et l’éruption volcanique. La modélisation en amont et en aval a permis aux chercheurs d’observer l’évolution du système volcanique. Ils ont été en mesure de faire évoluer le nouveau modèle dans le temps et de prévoir le comportement éruptif de l’Okmok.
Cependant, l’équipe scientifique a ajouté que chaque volcan était différent et qu’un modèle spécifique devrait être élaboré  pour chacun d’eux.

Source: American Geophysical Union (AGU) – Geophysical Research Letters / The Watchers.

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Our capacity to predict eruptions is still very low today. Progress has been made in the past decades with new effective instruments but the hundreds of deaths caused by the eruptions of Mt Merapi (Indonesia) in 2010 and Mt Fuego (Guatemala) in 2018 show that we are still very far from the perfect prediction.

A research team from Illinois and Michigan has tested a new technique that could possibly forecast how a volcanic eruption will happen accurately. The method combined physics and statistics to capture the probability of past eruption patterns. The scientists studied the history of the eruption of the Okmok Volcano in Alaska.

An ash plume from the eruption of Okmok in 2008 extended about 1.6 km into the sky and posed a hazard to aircraft engines. The eruption came a a surprise. Indeed, after an eruption in 1997, there were periods of slight unrest, but very little seismicity or other eruption precursors.

According to the researchers, in order to develop better forecasting, it is crucial to understand volcanic eruptions that deviate from the norm. Eruptions are commonly predicted by studying seismicity, inflation of the volcanic edifice and gas emissions, and other established parameters analused during the period that precedes an eruption. However, Okmok did not display any of the patterns.

The research team used a statistical data analysis technique called Ensemble Kalman Filter (EnKF) or Kalman filtering, which was improved after World War II. The version used for the study was updated in 1996 and has continued to be used in weather and climate forecasting, as well as physical oceanography. The research team was the first group to use the updated method in volcanology, especially for Okmok’s eruption study.

The researchers noticed there was a lack of increased seismicity before the eruption. A hypothesis explains that the reservoir under the volcano remained the same size as it filled with hot gases and magma. This resulted in pressure in the chamber that triggered surrounding rocks to move, eventually leading to earthquakes. In the 2008 eruption, it appears that the magma chamber grew larger to accommodate the increasing pressure, so that the precursor seismic activity could not be detected.

By looking back in time with the new models, the scientists could observe that stress had been building up in the rocks around the chamber for weeks, and the growth of the magma system ultimately led to its failure and eruption. The backward and forward modelling enabled researchers to observe the evolution of the volcanic system. They were also able to propagate the new model forward in time and predict Okmok’s eruptive behaviour afterward.

However, the scientific team added that since every volcano is different, a model must be specifically made for each of them.

Source: American Geophysical Union (AGU) – Geophysical Research Letters / The Watchers.

Vue du cratère de l’Okmok le 15 septembre 2008 (Crédit photo : Alaska Volcano Observatory)

L’AVO travaille sur le volcan Okmok (Ile Umnak / Aléoutiennes / Alaska) // AVO is working on Okmok volcano (Umnak Island / Aleutians / Alaska)

drapeau-francaisAujourd’hui, de nouvelles technologies sont utilisées pour mieux comprendre les volcans et, si possible, savoir ce que cachent leurs entrailles. La tomographie muonique a récemment été utilisée par les Japonais pour visualiser la structure interne de volcans comme le Mt Asama, le Mt Iwate ou encore le Mt Satsuma-Iojima. Les scientifiques français ont également utilisé la tomographie muonique dans le 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. J’ai écrit sur ce blog plusieurs notes à ce sujet entre novembre 2015 et juillet 2016
Cet été, des scientifiques de l’Alaska Volcano Observatory (AVO) se sont rendus sur le volcan Okmok, sur l’île Umnak dans les Aléoutiennes, dans le but de réaliser une image de l’intérieur de ce volcan. Au cours de l’été 2015, l’équipe avait installé un ensemble de sismomètres sur et autour du volcan. Comme les sismomètres mesurent la vitesse à laquelle se déplacent les ondes sismiques à travers la terre, les scientifiques peuvent avoir une idée du type de matériaux à l’intérieur de l’Okmok. En effet, les ondes sismiques se propagent plus vite à travers les roches denses et plus lentement à travers des éléments liquides comme le magma et l’eau.
Des travaux antérieurs ont révélé qu’il y avait une chambre magmatique peu profonde sous l’Okmok. Les nouvelles données aideront à savoir s’il y a d’autres chambres plus profondes dans la croûte. Elles pourraient également aider les scientifiques à comprendre les éruptions futures.
En 2008, Okmok a connu un nouveau type éruptif, différent de ceux du passé, et les scientifiques ont été pris au dépourvu. Les dernières observations – avec une image de la structure profonde du volcan – pourraient apporter des explications sur cette éruption inhabituelle et donner plus d’informations sur les éruptions futures.
A côté de l’Okmok, les scientifiques de l’AVO étudient également le Cleveland, et concentrent leurs efforts sur l’activité tectonique à Unalaska.
Ces observations permettront une approche plus complète de l’environnement sismique dans les Aléoutiennes.
Source: Alaska Volcano Observatory.

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drapeau-anglaisToday, new technologies are being used to better understand volcanoes and, if possible, know what their inner parts look like. Muon tomography has recently been used by the Japanese to visualize the internal structure of volcanoes like Mt Asama, Mt Iwate or Mt Satsuma-Iojima. French scientists have also used muon tomography in the DIAPHANE project on the Soufriere volcano in Guadeloupe. CNRS teams installed cosmic muon sensors on the flanks of the volcano. I have written several notes about this technology between November 2015 and July 2016

This summer, scientists from the Alaska Volcano Observatory (AVO) have visited Okmok volcano on Umnak Island in the Aleutians with the aim to create an image of the inside of this volcano. Last summer, the team set out an array of seismometers on and around the volcano. As the seismometers measure the speed at which seismic waves travel through the earth, scientists can get an idea of what kind of material might make up the inside of Okmok. Seismic waves travel faster through dense rock, and slower through liquids like magma and water.

Previous work revealed there was a shallow magma chamber. The new data will help to know if there are other chambers deeper in the crust. It could also help scientists understand future eruptions.

In 2008, Okmok erupted in an entirely new way, breaking a historical pattern and surprising scientists. The team’s latest observations – with an image of the deeper structure – might shed more light on that unusual eruption and give more information about future eruptions..

Beside Okmok, AVO is also studying Mount Cleveland, and measuring tectonic activity on Unalaska.

These observations will allow to create a more complete picture of the seismic environment in the Aleutians.

Source: Alaska Volcano Observatory.

Okmok

Vue du cratère de l’Okmok (Photo: USGS / Alaska Volcano Observatory)