Prédire quand un volcan va exploser est une affaire délicate, mais les leçons que nous avons tirées de l'une des éruptions récentes d'Hawaï peuvent aider.

Kīlauea, sur la grande île d'Hawaï, est probablement le volcan le mieux compris sur Terre. C'est grâce à la surveillance et aux informations recueillies qui remontent à la formation de l'observatoire du volcan hawaïen en 1912.

Le volcan est également soumis au réseau de surveillance géophysique le plus avancé au monde sur le plan technologique.

Du ciel, les satellites collectent des données qui montrent la topographie changeante du volcan à mesure que le magma se déplace dans le système de plomberie interne du magma. Les satellites examinent également la composition des gaz volcaniques.

À partir du sol, les volcanologues utilisent un certain nombre d'outils chimiques et physiques très sensibles pour mieux comprendre la structure de ce système de plomberie magmatique. Cela permet d'étudier le mouvement du magma à l'intérieur du volcan.

Tremblements de terre et vibrations

La sismicité est le pivot de la surveillance des volcans :à quelle fréquence, où et quand les tremblements de terre se produisent. Le mouvement du magma dans le volcan déclenche des tremblements de terre, et rassembler les données sur leur emplacement (une technique connue sous le nom de triangulation) suit le chemin du magma sous terre.

Une technique plus récente, interférométrie sismique, utilise les vibrations de l'énergie des vagues de l'océan qui frappent les rivages lointains qui traversent ensuite le volcan.

Les changements dans la vitesse de ces vibrations nous aident à cartographier l'empreinte en 3D du système de plomberie du magma du volcan. Nous pouvons alors détecter quand, et dans certains cas comment, le système de plomberie magma est en train de changer.

Cette surveillance fournit le " pouls " du volcan pendant les périodes d'inactivité - une base de référence à partir de laquelle détecter les changements pendant les troubles volcaniques. Cela s'est avéré inestimable pour l'alerte précoce, et la prédiction de l'endroit et du moment, de l'éruption du Kīlauea le 3 mai, 2018.

Le « pouls » du Kīlauea comprend des cycles d'inflation volcanique (gonflement) et de déflation (contraction) lorsque le magma entre et sort de la région de stockage au sommet du volcan.

Les vitesses des vibrations traversant le volcan sont prévisibles lors des observations des cycles de gonflage/dégonflage. Quand le volcan gonfle, les vibrations se déplacent plus rapidement à travers le volcan à mesure que la roche et le magma sont comprimés. Lorsque le volcan se contracte, ces vitesses diminuent.

Nous décrivons cette relation entre les deux ensembles de données—le gonflement/contraction et la vitesse des vibrations plus rapide/plus lente—comme couplées.

Quelque chose a changé

Par rapport à notre référence, nous avons vu le décalage des données couplées 10 jours avant l'éruption du Kīlauea le 3 mai. Cela a indiqué aux scientifiques que le système de plomberie du magma avait changé de manière significative.

Le volcan était bombé en raison de l'accumulation de pression à l'intérieur de la chambre magmatique, mais les ondes sismiques ralentissaient considérablement, au lieu d'accélérer.

Notre interprétation de ces données était que la chambre magmatique du sommet n'était pas en mesure de supporter la pression d'un apport de magma croissant - le renflement était trop gros. Des matériaux rocheux ont commencé à se briser autour de la chambre magmatique du sommet.

La rupture des roches a peut-être ensuite conduit à des changements dans le système magmatique du sommet, de sorte que plus de magma pourrait plus facilement arriver sur le site de l'éruption à environ 40 km.

Ainsi que Kīlauea, ces ensembles de données couplées sont régulièrement collectés, étudié et interprété en termes de transport de magma sur d'autres volcans dans le monde. Les sites incluent le Piton de la Fournaise à la Réunion, et le volcan Etna, Italie.

Mais notre modélisation a été la première à démontrer que ces changements dans la relation de données couplées pourraient se produire en raison de l'affaiblissement du matériau à l'intérieur du volcan avant une éruption.

Le modèle de dommages que nous avons appliqué peut désormais être utilisé pour d'autres volcans en état de troubles. Cela ajoute à la boîte à outils dont les volcanologues ont besoin pour prédire quand et où une éruption imminente.

Tant de données, nous avons besoin d'aide

Lorsque les volcans sont dans un état d'agitation accru, le volume d'informations disponibles à partir des données numériques et des observations au sol est extrême. Les scientifiques ont tendance à s'appuyer d'abord sur la surveillance observationnelle, et d'autres données lorsque du temps et des personnes supplémentaires sont disponibles.

Mais la quantité totale de données entrantes (comme des satellites) est écrasante, et les scientifiques ne peuvent tout simplement pas suivre. L'apprentissage automatique pourrait peut-être nous aider ici.

L'intelligence artificielle est le nouveau venu sur le bloc pour la prédiction des éruptions. Les réseaux de neurones et autres algorithmes peuvent utiliser des volumes élevés de données complexes et « apprendre » à distinguer les différents signaux.

Des systèmes automatisés d'alerte précoce d'une éruption imminente utilisant des réseaux de capteurs existent pour certains volcans aujourd'hui, par exemple au volcan Etna, Italie. Il est probable que l'intelligence artificielle rendra ces systèmes plus sophistiqués à l'avenir.

La détection précoce semble merveilleuse pour les autorités chargées de la sécurité publique, mais de nombreux volcanologues se méfient.

S'ils conduisent à de multiples fausses alarmes, cela pourrait réduire la confiance dans les scientifiques à la fois pour les gestionnaires de crises volcaniques et pour le public.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.