Les touristes visitant Whakaari/White Island le 9 décembre de l'année dernière n'avaient aucun avertissement de son éruption violente imminente. L'explosion de vapeur acide et de gaz a fait 21 morts, et la plupart des survivants ont subi des blessures graves et de graves brûlures.

La tragédie nous a incités à développer un système d'alerte précoce. Notre recherche montre des modèles d'activité sismique avant une éruption qui rendent possible une alerte préalable. Si notre système avait été en place, il aurait donné l'alerte 16 heures avant l'éruption meurtrière du volcan.

Nous étions également motivés par le fait que plusieurs autres volcans néo-zélandais posent des menaces similaires. Des explosions et des surtensions dans la zone géothermique de Waimangu, destination touristique populaire, ont tué trois personnes en 1903, une éruption à l'île Raoul en 2006 a tué une personne, la balistique au mont Ruapehu en 2007 a causé des blessures graves et les touristes ont échappé de justesse à deux éruptions lors d'une promenade d'une journée dans le parc national de Tongariro en 2012.

Notre système d'avertissement automatisé fournit des informations sur les dangers en temps réel et un niveau de sécurité beaucoup plus élevé pour protéger les touristes et aider les opérateurs à déterminer quand il est sûr de visiter les volcans.

Une histoire d'éruptions

La Nouvelle-Zélande dispose d'un réseau d'instruments de surveillance qui mesurent en continu même les plus petits mouvements terrestres. Ce réseau GeoNet fournit des données à haut débit des volcans, dont Whakaari, mais il n'est actuellement pas utilisé comme système d'alerte en temps réel pour les éruptions volcaniques.

Bien que aligné sur les meilleures pratiques internationales, Le système actuel de niveau d'alerte volcanique (VAL) de GeoNet est mis à jour trop lentement, car elle repose principalement sur le jugement d'experts et le consensus. Il n'estime pas non plus la probabilité d'une future éruption - au lieu de cela, il donne une vue en arrière de l'état du volcan. Toutes les éruptions passées à Whakaari se sont produites aux niveaux d'alerte 1 ou 2 (troubles), et le niveau n'a ensuite été relevé qu'après l'événement.

Notre étude utilise des algorithmes d'apprentissage automatique et la dernière décennie de données de surveillance continue. Pendant ce temps, il y a eu cinq éruptions enregistrées à Whakaari, beaucoup similaires à l'événement de 2019. Depuis 1826, il y a eu plus de 30 éruptions à Whakaari. Tous n'étaient pas aussi violents qu'en 2019, mais parce qu'il y a de l'eau chaude et de la vapeur piégées dans une zone hydrothermale au-dessus d'une couche peu profonde de magma, on peut s'attendre à des explosions destructrices tous les un à trois ans.

L'éruption de l'année dernière a été précédée de 17 heures d'alerte sismique. Cela a commencé par une forte rafale d'activité sismique de quatre heures, que nous pensons être un fluide magmatique frais s'élevant pour ajouter de la pression au gaz et à l'eau piégés dans la roche au-dessus.

Cela a conduit à son éclatement éventuel, comme un couvercle d'autocuiseur qui est soufflé. Un signal similaire a été enregistré 30 heures avant une éruption en août 2013, et il était présent (bien que moins évident) dans deux autres éruptions en 2012.

Construire un système d'alerte précoce

Nous avons utilisé des algorithmes sophistiqués d'apprentissage automatique pour analyser les données sismiques à la recherche de modèles non découverts avant les éruptions. L'explosion d'énergie de quatre heures s'est avérée être un signal qui annonçait souvent une éruption imminente.

Nous avons ensuite utilisé ces modèles de pré-éruption pour apprendre à un modèle informatique à déclencher une alerte et à tester s'il pouvait anticiper d'autres éruptions dont il n'avait pas appris. Ce modèle continuera à « apprendre par l'expérience ». Chaque événement successif que nous utilisons pour l'enseigner améliore sa capacité à prévoir l'avenir.

Nous avons également étudié la meilleure façon d'optimiser le moment où les alertes sont émises pour rendre le système d'alerte le plus efficace. Le principal compromis est entre un système très sensible et générant de nombreuses alertes par rapport à un système qui place la barre assez haut, mais manque aussi quelques éruptions.

Nous nous sommes fixés un seuil qui génère une alerte à chaque fois que la probabilité d'une éruption dépasse 8,5%. Cela signifie que lorsqu'une alerte est déclenchée, chacune d'une durée d'environ cinq jours, il y a environ 1 chance sur 12 qu'une éruption se produise.

Ce système aurait déclenché une alerte pour quatre des cinq dernières éruptions majeures à Whakaari. Il aurait fourni un avertissement de 16 heures pour l'éruption de 2019. Mais ces évaluations ont été faites avec le recul :les systèmes de prévision ne peuvent prouver leur valeur que sur des données futures.

Nous pensons qu'il y a de bonnes chances que des éruptions comme l'événement 2019 ou plus soient détectées. Le compromis est que les alertes, s'il est suivi, garderait l'île interdite aux visiteurs pendant environ un mois chaque année.

Où à partir d'ici

Nous exploitons le système depuis cinq mois maintenant, 24h/24 et 7j/7, et travaillent avec GNS Science sur la meilleure façon d'intégrer cela pour renforcer leurs protocoles existants et fournir des avertissements plus opportuns aux volcans néo-zélandais.

Nous prévoyons de développer le système pour les autres volcans actifs de Nouvelle-Zélande, y compris le mont Tongariro et le mont Ruapehu, qui reçoivent des dizaines de milliers de visiteurs chaque année. Finalement, cela pourrait être précieux pour d'autres volcans dans le monde, comme le mont Ontake au Japon, où une éruption de 2014 a tué 63 personnes.

En raison de l'immense valeur publique de ces types de systèmes d'alerte précoce, nous avons rendu toutes nos données et logiciels disponibles en open source.

Bien que la plupart des éruptions à Whakaari semblent prévisibles, il y aura probablement des événements futurs qui défient l'avertissement. En 2016, il y a eu une éruption qui n'avait pas de précurseur sismique évident et cela n'aurait pas été anticipé par notre système d'alerte.

Les éruptions sur d'autres volcans peuvent être prévisibles à l'aide de méthodes similaires s'il existe suffisamment de données pour entraîner les modèles. Dans tous les cas, opérateurs humains, qu'ils soient assistés ou non par des systèmes d'alerte précoce, continuera de jouer un rôle important dans la protection des personnes vivant à proximité ou en visite des volcans.

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