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Amélioration de la prévision volcanique en Nouvelle Zélande // Improving volcanic prediction in New Zealand

En passant au peigne fin 350 000 années de volcanisme, des scientifiques de l’université Massey ont trouvé des preuves de centaines d’éruptions dans l’Ile du Nord en Nouvelle Zélande. De tels événements causeraient d’importants dégâts s’ils se produisaient à l’heure actuelle. Dans le champ volcanique d’Auckland – sur lequel repose une partie de la ville aujourd’hui – ils ont détecté quelque 54 volcans ayant montré des signes d’activité sur un laps de temps de  250 000 ans. Si de telles éruptions devaient se produire aujourd’hui, elles perturberaient fortement la vie des Kiwis.

Dans le même temps, des chercheurs de l’Université d’Auckland affirment avoir inventé un système d’alerte capable d’annoncer les éruptions volcaniques. Il permettrait d’empêcher que se produisent des tragédies comme celle qui a tué 21 personnes sur White Island en 2019. Leur étude a été publiée dans Nature Communications.
Les scientifiques expliquent que leurs recherches «montrent des schémas d’activité sismique permettant de donner une alerte avant une éruption». Ils pensent que leur nouveau système aurait déclenché un signal d’alerte 16 heures avant l’éruption meurtrière de White Island.
Le réseau sismique géré par GeoNet répertorie chaque année les données générées par des milliers de séismes et des événements volcaniques en Nouvelle Zélande, mais ces données ne sont pas prédictives. Dans le cadre de leur étude, les scientifiques ont appliqué les données d’éruptions antérieures à des «algorithmes d’interprétation automatique» permettant de mettre au point des modèles de phase pré-éruptive. Ils ont ainsi remarqué que l’éruption de 2019 à White Island avait été précédée de 17 heures d’alerte sismique. Il y a d’abord eu une phase intense d’activité sismique de quatre heures qui, selon eux, correspondait à l’ascension de nouveaux fluides magmatiques qui ont accru la pression des gaz et de l’eau déjà emprisonnés dans la roche au-dessus. Ce processus a conduit à l’éruption, comme si le couvercle d’une cocotte-minute avait sauté. Un signal semblable avait été enregistré 30 heures avant une éruption en août 2013, et il était présent dans deux autres éruptions en 2012.
Les géologues espèrent adapter ces données à d’autres volcans, tels que le Tongariro et le Ruapehu, mais ils reconnaissent que leur système n’est pas infaillible. Ainsi, il n’aurait déclenché un signal d’alerte que dans quatre des cinq dernières éruptions majeures à White Island. Ils pensent, malgré tout, qu’il y a de bonnes chances pour que leur système permette de détecter des éruptions comme celle de 2019, ou d’autres.

Source: Médias d’information néo-zélandais.

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Scientists from the Massey University have revealed evidence of hundreds of ancient eruptions in New Zealand after reconstructing 350 000 years of volcanism across the North Island. These explosions would cause widespread havoc if they occurred in the present time. In the Auckland Volcanic Field, they have detected about 54 volcanoes over 250 000 years of course. Should such eruptions occur today, they would be big enough to cause significant disruption.

Meantime, New Zealand scientists at the University of Auckland say they have invented a warning system to predict volcanic eruptions that may prevent future tragedies such as the one that killed 21 people on White Island in 2019. Their study has been published in Nature Communications.

The researchers explain that their research “shows patterns of seismic activity before an eruption that make advance warning possible”. They think their new system would have raised the alert 16 hours before the volcano’s deadly eruption.

The GeoNet system reports back data from the country’s thousands of earthquakes, and less frequent volcanic events, each year as they happen, but they are not predictive. To perform their study, the scientists have applied past eruption data to “machine learning algorithms”, allowing them to look for patterns in the build-up to eruptions. In this way, they have noticed that last year’s eruption at White Island was preceded by 17 hours of seismic warning. It began with a strong four-hour burst of seismic activity, which they think was fresh magmatic fluid rising up to add pressure to the gas and water trapped in the rock above. This led to its eventual bursting, like a pressure cooker lid being blasted off. A similar signal was recorded 30 hours before an eruption in August 2013, and it was present in two other eruptions in 2012.

The geologists hope to adapt the data to apply to other volcanoes, such as Mt Tongariro and Mt Ruapehu, but admit it is not fool-proof. They say the system would only have raised an alert in four of the last five major eruptions at White Island, but they think there is a good chance eruptions like the 2019 event or larger will be detected.

Source : New Zealand news media.

Photo : C. Grandpey

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunin) : on attend toujours l’éruption ! // Still waiting for the eruption !

Après la crise sismique enregistrée le 3 juillet 2020 sur le Piton de la Fournaise, avec 202 séismes volcano-tectoniques au niveau de la zone sommitale, on a enregistré un retour au calme avec aucun événement le 4 juillet et un seul le 5 juillet.

Cela ne signifie pas pour autant que le risque d’une éruption soit définitivement écarté car les GPS continuent à indiquer une inflation de l’édifice volcanique, aussi bien au niveau de la zone sommitale que dans le champ lointain, signe de la mise sous pression du volcan sous la poussée du magma.
L’éruption n’a certes pas eu lieu dans un délai de minutes ou d’heures comme le pensaient à l’origine les scientifiques de l’OVPF, mais la partie n’est probablement que remise.

Il ne faut toutefois pas s’attendre à un événement majeur car les hésitations du magma pour percer la surface montrent que la pression des gaz – moteurs de l’éruption, il ne faudrait pas l’oublier – ne semble pas très forte..

Patience. Sur l’île de la Réunion, le risque pour les populations est faible car la plupart des éruptions ont pour cadre l’Enclos Fouqué. La prévision éruptive dispose donc d’une grande marge d’erreur, contrairement à ce qui se passe pour les volcans explosifs de l’Indonésie ou des Philippines, par exemple. Et puis, les éruptions du Piton de la Fournaise sont effusives, ce qui laisse le temps de déguerpir, si nécessaire. Des éruptions pour touristes…

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After the seismic crisis recorded on July 3rd, 2020 on Piton de la Fournaise, with 202 volcano-tectonic earthquakes in the summit area, no event was detected on July 4th and only one on July 5th.
This does not mean, however, that the risk of an eruption is definitively ruled out because the GPS system continues to indicate an inflation of the volcanic edifice, both in the summit area and in the far field, a sign of the pressurization of the volcano under the push of magma.
The eruption did not occur within minutes or hours as originally predicted by OVPF scientists, but it will probably take place sooner or later.
However, we should not expect a major event because the hesitations of magma to pierce the surface show that the pressure of the gases – which drive the eruption, it should not be forgotten – does not seem very strong.
Patience. On Reunion Island, the risk for the populations is low because most of the eruptions take place in the Enclos Fouqué. Eruptive prediction therefore has a wide margin of error, unlike the explosive volcanoes of Indonesia or the Philippines, for example. What is more, the eruptions of Piton de la Fournaise are effusive, which gives time to clear off, if necessary. Eruptions for tourists…

Prochaine éruption sur le versant est, ou du côté ouest? Seul le volcan connaît la réponse! ( Photos : C. Grandpey)

Prévision et prévention volcaniques // Volcanic prediction and prevention

Prévision et prévention volcaniques sont au coeur de la conférence que je présente aujourd’hui à Orléans dans le cadre des Amis de l’UTL (voir ma note du 8 janvier). Les derniers événements montrent qu’il reste beaucoup à faire dans ces deux domaines, surtout lorsque des populations sont impliquées.

Le Piton de la Fournaise a beau être truffé d’instruments gérés par un observatoire compétent, on se rend bien compte que la prévision éruptive reste très aléatoire. Dans le cas de ce volcan, ce n’est pas très grave car les zones envahies par les coulées de lave sont la plupart du temps inhabitées et se situent à l’intérieur de l’Enclos Fouqué. Le problème d’évacuation de populations ne se pose donc pas. Lorsque la lave déborde à l’extérieur de l’Enclos, la situation devient tout de suite plus délicate à gérer, même si les zones habitées ne présentent pas une forte démographie. En 1977, une coulée a débordé de l’Enclos et est entrée dans le village de Piton Sainte-Rose en détruisant plusieurs bâtiments. A la Réunion, on a affaire à des coulées de lava basaltique, typiques des volcans de points chauds, et la mise en sécurité de la population peut se faire sans précipitation excessive.

L’éruption en cours sur le Taal aux Philippines est bien différente. Elle met parfaitement en évidence les problèmes liés à la prévision et la prévention volcaniques. L’éruption a débuté brutalement et aucune évacuation préalable de la population de Volcano Island et des abords du Taal Lake n’a été décidée. La mise en sécurité des 6000 habitants de l’île s’est faite dans l’urgence. L’aéroport international de Manille a été fermé au dernier moment à cause de la cendre. Le trafic a repris, mais personne ne sait comment la situation éruptive va évoluer. L’histoire du volcan montre qu’il a un pouvoir de destruction considérable (Voir ma dernière note à ce sujet). Les autorités mettent en application le principe de précaution, ce qui, à mes yeux, est une sage décision. Le problème est le relogement des personnes évacuées car un long séjour dans des structures provisoires pose inévitablement des problèmes d’hygiène et de promiscuité.

Pour le moment, les internautes s’esbaudissent devant les superbes images de l’éruption du Taal mises en ligne sur les réseaux sociaux. Quand l’éruption sera terminée, il y a de fortes chances pour que des scientifiques nous en expliquent le processus, mais cela se fera APRÈS l’événement, alors qu’il aurait fallu savoir ce qui se passait dans les profondeurs de la Terre AVANT le déclenchement de l’éruption !

Pour mémoire, voici les dernier bilans: 2010: Merapi: 353 morts; 2014: Ontake: 57 morts et 6 disparus; 2018: Fuego: 332 morts officiellement, mais un millier en réalité; 2018: Krakatau: 437 morts; 2019; White Island: 18 morts et 2 disparus. A noter que ces éruptions ont toutes eu lieu sur des volcans explosifs de la Ceinture de Feu du Pacifique.

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Volcanic prediction and prevention are at the heart of the conference I am presenting today in Orléans as part of the Amis de l’UTL. The latest events show that much remains to be done in these two areas, especially when people are involved.

Although Piton de la Fournaise is covered with instruments managed by a competent observatory, we realize that eruptive prediction remains very uncertain. In the case of this volcano, it is not very important because the areas invaded by lava flows are mostly uninhabited and are located inside the Enclos Fouqué. The problem of evacuation of populations therefore does not arise. When the lava overflows outside the Enclos, the situation immediately becomes more difficult to manage, even if the inhabited areas do not have a high demography. In 1977, a flow travelled beyond the Enclos and entered the village of Piton Sainte-Rose, destroying several buildings. On Reunion Island, an eruption consists of basalt lava flows, typical of hot spot volcanoes, and sprotecting the population can be done with no real hurry.

The current eruption of Taal Volcano in the Philippines is very different. It highlights the problems related to volcanic prediction and prevention. The eruption started suddenly and no prior evacuation of the population of Volcano Island and the surrounding area of ​​Taal Lake was decided. The 6,000 inhabitants of the island were brought to safety in an emergency. Manila International Airport was closed due to the ash. The traffic has resumed, but nobody knows how the eruptive situation will develop. The history of the volcano shows that it has a considerable destructive power (See my last note on this topic). The authorities are applying the precautionary principle, which, in my opinion, is a wise decision. The problem is the rehousing of evacuees because a long stay in temporary structures inevitably poses problems of hygiene and promiscuity.

For the moment, Internet users are admiring the images posted online on social networks. When the eruption is over, it is highly likely that scientists will explain the process to us, but it will be AFTER the event, whereas we should have known what was going on in the depths of the Earth BEFORE the start of the eruption!

For the record, here are the latest death tolls: 2010: Merapi: 353 dead; 2014: Ontake: 57 dead and 6 missing; 2018: Fuego: 332 dead officially, but a thousand in reality; 2018: Krakatau: 437 dead; 2019; White Island: 18 dead and 2 missing. Note that these eruptions all took place on explosive volcanoes of the Pacific Ring of Fire.

Piton de la Fournaise (Photo: C. Grandpey)

Taal (Source: Wikipedia)

 

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)