Comment les scientifiques prédisent les éruptions volcaniques

Lire les signes vitaux d'un volcan

Plus de 1 500 volcans potentiellement actifs parsèment la planète, et environ 50 entrent en éruption chaque année. Prédire quand l'un d'eux entrera en éruption reste l'un des plus grands défis de la géologie. Contrairement aux prévisions météorologiques, qui reposent sur une physique atmosphérique bien comprise, la prédiction des éruptions dépend de la lecture d'un ensemble complexe de signaux souterrains, chaque volcan ayant sa propre personnalité et ses propres particularités.

Pourtant, les scientifiques ont fait des progrès remarquables. La prévision réussie de l'éruption du Mont Pinatubo en 1991 aux Philippines a sauvé des milliers de vies, démontrant ce que la surveillance moderne peut accomplir. Aujourd'hui, les volcanologues combinent au moins six « signes vitaux » distincts pour juger si un volcan se dirige vers une éruption.

Sismologie : Le premier avertissement

L'activité sismique est l'indicateur précoce le plus fiable de l'agitation volcanique. Lorsque le magma se fraye un chemin vers le haut à travers la roche, il déclenche des essaims de petits tremblements de terre. Les scientifiques distinguent les tremblements de terre volcano-tectoniques, causés par la fracturation de la roche, et les tremblements de terre de longue période, générés par des fluides sous pression se déplaçant à travers les fissures. Un troisième type, le tremblement harmonique, signale que le magma circule activement sous terre.

Les volcans à haut risque nécessitent des réseaux d'instruments denses. L'U.S. Geological Survey recommande au moins 12 à 20 stations sismiques permanentes dans un rayon de 20 kilomètres autour de l'évent principal d'un volcan. À Hawaï, l'USGS surveille le Kīlauea et le Mauna Loa avec plus de 50 récepteurs GPS continus et de vastes réseaux sismiques.

Déformation du sol et gaz

Lorsque le magma s'accumule sous un volcan, la surface gonfle, parfois de quelques centimètres, parfois de plusieurs mètres. Les scientifiques suivent cette déformation du sol à l'aide de stations GPS, d'inclinomètres de forage et du radar interférométrique à synthèse d'ouverture (InSAR) depuis des satellites, qui peuvent détecter des changements de l'ordre du millimètre sur de vastes zones.

Les gaz volcaniques offrent une autre fenêtre sur le sous-sol. La vapeur d'eau domine, mais les changements dans les rapports du dioxyde de soufre (SO₂) et du dioxyde de carbone (CO₂) signalent souvent la montée de magma frais vers la surface. L'USGS mesure ces gaz à l'aide de spectromètres UV au niveau des fumerolles et de capteurs aéroportés à bord d'avions de recherche.

Un nouveau signal : La méthode du « Jerk »

Une technique révolutionnaire développée par des chercheurs du GFZ Helmholtz Centre et de l'Institut de Physique du Globe de Paris détecte des mouvements de sol extrêmement subtils mesurés en nanomètres par seconde au cube. Appelée la méthode du « Jerk », elle capte des signaux de très basse fréquence produits lorsque des intrusions de magma traversent la roche en profondeur.

Testé pendant une décennie au Piton de la Fournaise à La Réunion, le système a prédit avec succès 92 % des 24 éruptions entre 2014 et 2023, fournissant des alertes allant de quelques minutes à 8,5 heures. Seulement 14 % des alertes étaient « fausses », et même celles-ci détectaient de véritables intrusions de magma qui se sont simplement arrêtées avant d'atteindre la surface. Les chercheurs prévoient de déployer le système à l'Etna en Italie.

Pourquoi la prédiction reste imparfaite

Malgré ces avancées, les prévisions fiables s'étendent rarement au-delà de quelques jours avant une éruption. Chaque volcan se comporte différemment, et des schémas précurseurs entièrement nouveaux peuvent apparaître sans avertissement. Selon le Global Volcanism Program de la Smithsonian, les prévisions d'intervalle de récurrence (prédire les éruptions en fonction du calendrier passé) sont « notoirement peu fiables » car la plupart des volcans manquent d'histoires éruptives détaillées.

Les responsables des observatoires sont également confrontés à un exercice d'équilibre difficile : émettre des avertissements trop tôt et risquer le scepticisme du public ; attendre trop longtemps et risquer des vies. Sur les 169 volcans géologiquement actifs rien qu'aux États-Unis, 55 sont classés comme menaces « très élevées » ou « élevées », mais beaucoup manquent encore d'équipements de surveillance adéquats.

Les meilleures prévisions combinent plusieurs flux de données (sismiques, déformation, gaz, hydrologie et imagerie satellite) en une image intégrée. Aucun capteur unique ne peut prédire une éruption à lui seul, mais ensemble, ils donnent aux communautés de précieuses heures ou jours pour évacuer. À mesure que de nouveaux outils comme la méthode Jerk s'étendent à davantage de volcans dans le monde, la science de la prévision des éruptions continue de réduire l'écart entre l'avertissement et la catastrophe.