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Observatoires volcanologiques Des Observatoires aux satellites 28 Novembre 2007.

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1 Observatoires volcanologiques Des Observatoires aux satellites 28 Novembre 2007

2 Sommaire 1: Volcans actifs dans le monde 2: Les aléas volcaniques 3: Surveillance volcanologique 4: Lapport des satellites

3 Volcans actifs dans le monde Principalement situés le long de frontières de plaques Aussi des volcans à lintérieur des plaques (volcans de points chauds) Beaucoup de volcans sous-marins

4 Volcans actifs ~1500 volcans potentiellement actifs sur Terre ~ en moyenne 70 actifs à un moment donné ~ 10% de la population terrestre directement exposée au risque volcanique Nombreuses grandes villes près dun volcan actif ou endormi Myake-Jima, Japon, 2000 Auckland, Nouvelle ZélandeGuagua Pichincha, Equateur, 2001

5 2: Les aléas volcaniques Aléa direct: mouvement de matière –Depuis lintérieur du volcan Coulées de lave Coulées pyroclastiques Dépôts de cendres Gaz volcaniques –Depuis la surface du volcan Lahars, coulées de boues –Déstabilisation de flanc Induits par lactivité volcanique ou associés à celle-ci –Tsunami –Séismes

6 Coulées de lave Grande éruption de 1669 à lEtna En général la vitesse des coulées de lave est suffisamment lente (m/s à m/j) pour ne pas créer de risque pour la population (exception: Nyiragongo 1977) Mais les coulées de lave produisent des dommages irréversibles au sol En présence de neige ou de glace, les coulées de lave peuvent déclencher des coulées de boue Typiquement le volume de coulées de lave peut aller de 0.01 km3 à 10km3 (Lanzarote 1730, Laki 1785) Lextension dune coulée de lave dépend de : La pente Le taux deffusion La durée de léruption

7 Dômes de lave Au sommet de volcans explosifs, lactivité éruptive est souvent précédée de la croissance dun dôme de lave Le dôme de lave est instable et son taux de croissance peut atteindre 1m par jour Laugmentation de la pression de gaz dans le dôme de lave provoque les éruptions, celles-ci samplifient au cours de la décompression du dôme Mont St Helens Montserrat, 1996

8 Coulées pyroclastiques Les coulées pyroclastiques sont un mélange de gaz chaud et de blocs de lave. Elles se produisent lors deffondrement de dômes de lave ou lors de grandes explosions de volcans Elles peuvent être très rapides (>400km/h) Autour dun volcan explosif, il est crucial didentifier les zones exposées à ce type daléa Merapi, 1995Montserrat, 2000

9 Effets dune coulée pyroclastique Montagne Pelée Soufriere Hills Montserrat, 2000 et la ville de Plymouth

10 Dépôts de cendres Dépôts de cendres et toits de maisons effondrés durant léruption de 1992 au volcan Pinatubo, Philippines

11 Coulées de boue Armero (Colombie) détruite par une coulée de boue provoquée par la fonte dun glacier qu volcan Nevado del Ruiz Près du Pinatubo, Philippines, 1991

12 Effondrement de flanc Il peut arriver que tout un flanc de volcan devienne instable Lors dune telle instabilité, la dépressurisation de lintérieur du volcan peut saccompagner dune explosivité extrême (Mont St Helens, 1980) Le volume déplacé peut être de plusieurs dizaines de km3 La connaissance actuelle de ce type daléa et des conditions de déclenchement de telles instabilités est limitée par la rareté de tels événements

13 Tsunami induits par lactivité volcanique En rouge, les régions affectées par le tsunami provoqué par léruption de 1883 du Krakatau, détroit de la Sonde, Indonésie

14 Activité hydrothermale, émission de gaz Lac Nyos, Cameroun Soufrière de Guadeloupe, 2000

15 Panache volcanique Les volcans injectent divers gaz dans la troposphère, en particulier H2O, CO2, SO2, H2, CO et en moindre quantité H2S, HCl, HF, He, … Ces gaz peuvent être responsables de pluies acides, de pollution daquifères, … Plus globalement, les panaches volcaniques peuvent avoir un impact sur le climat Certaines éruptions sont connues pour avoir été suivies pendant quelques années de climat froid (Krakatau, 1883) Sakurajima, 2000

16 3: Surveillance volcanologique - Sismicité - Déformations - Emissions de gaz (du sol, fumeroles, panache) - Changements thermiques - Changements du système hydrothermal - Lors déruptions: composition géochimique de produits émis

17 De quels moyens dispose-t-on pour prévenir les risques volcaniques? Lhistoire: lhistoire éruptive du volcan, les différents types déruptions, leur fréquence, lextension maximale des produits émis pour chaque éruption La dynamique actuelle Montagne Pelée

18 Histoire et évaluation de laléa Etablissement de cartes géologiques et de cartes daléas volcaniques Carte daléas volcaniques à la Soufrière de Guadeloupe (BRGM, CNRS, DRM, IPGP)

19 Cartes daléa et de vulnérabilité Carte daléa et vulnérabilité à la Montagne Pelée

20 Les observatoires volcanologiques Montagne Pelée Soufrière de Guadeloupe Sur plusieurs volcans actifs, les autorités et les centres de recherche ont mis en place des Observatoires Volcanologiques qui ont les responsabilités suivantes: En période calme, enregistrement de divers paramètres géophysiques et géochimiques Identification de signes de réveil dactivité (sur la base de seuils prédéfinis, souvent empiriquement) Suivi des crises et le déploiement rapide de moyens complémentaires lors de celles-ci Observatoire volcanologique de Guadeloupe, 2006 Observatoire volcanologique du Vésuve, 1900Observatoire volcanologique du Piton de la Fournaise, 2002

21 Capteurs Extensomètre GPS InclinomètreSismomètre

22 Surveillance sismique Activité faibleCrise sismiqueDébut dune éruption Diverses stations sismologiques enregistrent les séismes et les trémors volcaniques Les séismes enregistrés en un nombre suffisant de stations sont localisés

23 GPS permanent Déformations mesurées par GPS lors de léruption du 15 Novembre 2002 au Piton de la Fournaise

24 Mesure automatique de distances Distancemètre enregistrant, toutes les 30mn, les distances de ~10 réflecteurs distribués sur le flanc du Piton de la Fournaise, île de la Réunion

25 Imagerie radar sol-sol Surveillance « tous temps » au volcan Montserrat à laide dun radar sol-sol (Wadge, 2004) Images produites par le radar

26 Radar doppler Voldorad (Volcano Doppler Radar) développé à lObservatoire de Clermont-Ferrand Les radar doppler mesurent la vitesse des blocs éjectés par un volcan

27 Mesure de gaz Etna, 2005 Poas, 1985 Stromboli, 1985

28 Mesure de température de lave et de vitesse de coulée Vitesse de coulée Distance au point de sortie de lave (m) Distance au point démission (m) Temps (s) Température estimée (°C) Donnée Stromboli, 1986 Temperature

29 Analyse géochimique de gaz et sublimés Piton de la Fournaise Vulcano

30 4. Contribution des satellites à lévaluation des risques volcaniques 1: Télédétection des panaches volcaniques 2: Observations danomalies thermiques 3: Topographie et changements de létat de surface 4: Mesure de déformations du sol 5: Lacunes actuelles et évolutions possibles

31 1: Télédétection des panaches volcaniques Importance: –Sécurité du trafic aérien –Contribution à la surveillance de lactivité volcanique –Impact des larges éruptions sur le climat Résolution spatiale requise : >1km Résolution temporelle requise: temps réel – quelques jours Information obtenue: –Dispersion des panaches (dépend du vent) –Hauteur des panaches –SO2 (seulement pour les panaches atteignant la stratosphère) –Température des panaches

32 Impact du volcanisme sur le climat Les éruptions de El Chicho (Mexico, 1982) et Pinatubo (Philippines, 1992) sont celles qui ont eu le plus fort impact sur le climat au cours des 30 dernières années. Toutes deux ont été observées précisément à laide de spectromètres dozone embarqués sur des satellites El Chichon, 1982Pinatubo, 1992

33 Suivi des panaches éruptifs Panache de lEtna vu par linstrument GOME (image composite de 3 jours dobservations (22-24 Juillet 2001). Document DLR. Même de petites éruptions peuvent injecter des quantités détectables de SO2 dans la stratosphère

34 Surveillance des panaches volcaniques Divers satellites contribuent à cette surveillance Satellites géostationnaires météorologiques –NOAA-GOES –METEOSAT Image ASTER du volcan Merapi, Indonésie, Juin 2006 Divers satellites à orbite basse –TERRA, AQUA, ASTER, SPOT, LANDSAT, …

35 MODIS: le Rapid Response System Mis en oeuvre par la NASA, ce système utilise linstrument MODIS sur les satellites TERRA et AQUA (http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/).http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/ LEtna fait partie des zones surveillées systématiquement (http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/subsets/?AERONET_ETNA)http://rapidfire.sci.gsfc.nasa.gov/subsets/?AERONET_ETNA

36 Surveillance de routine des panaches ? La couverture nuageuse limite considérablement lefficacité des outils de surveillance volcanique dans les canaux visibles et infrarouge Divers satellites sont en mesure dapporter des données, mais pas nécessairement de manière systématique La détection précoce des panaches volcaniques constitue un enjeu important, en particulier pour la sécurité du trafic aérien

37 avions circulent chaque année dans la région Alaska-Aléoutiennes Sécurité du trafic aérien

38 GOES : observation du déplacement dun panache volcanique

39 Les VAAC (Volcanic Ash Advisory Centres)

40 Example dalerte des VAAC pour un nuage de cendres au Popocatepetl (Mexique) le 25 Juillet 2006 FVXX21 KNES VOLCANIC ASH ADVISORY ISSUED: /1541Z VAAC: WASHINGTON VOLCANO: POPOCATEPETL LOCATION: N1901 W09837 AREA: MEXICO SUMMIT ELEVATION: FT (5426 M) ADVISORY NUMBER: 2006/021 INFORMATION SOURCE: MEXICO CITY MWO. GOES-12. GFS WINDS. CENAPRED. ERUPTION DETAILS: EMISSION AT 25/1450Z TO FL320 OBS ASH DATE/TIME: 15/1515Z OBS ASH CLOUD: SFC/FL320 5NM WIDE LINE BETWEEN N1856 W N1901 W ASH IS MOVING SW KNOTS. FCST ASH CLOUD +6H: 15/2130Z SFC/FL320 N1807 W N1754 W N1740 W N1754 W N1807 W09937 FCST ASH CLOUD +12H: 16/0330Z SFC/FL320 NO VA EXP. FCST ASH CLOUD +18H: 16/0930Z NO VA EXP. REMARKS: MEXICO CITY MWO REPORTS EMISSION OF POPOCATEPETL TO FL320 AT 25/1450Z MOVING WEST SOUTHWEST AT KT. IMAGERY AT 25/1515Z INDICATES PLUME EXTENDING 15 NMI TO THE WEST SOUTHWEST OF THE SUMMIT.... NEXT ADVISORY: WILL BE ISSUED BY /2145Z NNNN Full Size Graphic

41 2: Observation danomalies thermiques Importance: –Détection déruptions sur les volcans isolés –Surveillance des coulées de lave –Etude du refroidissement des coulées de lave –Surveillance des dômes de lave Résolution spatiale requise : 1km à 1m Résolution temporelle requise: temps réel à quelques semaines Diverses similarités avec la surveillance des feux De nombreux satellites peuvent contribuer à la surveillance thermique

42 Imagerie NOAA AVHRR Etna – 25 Juillet 2006

43 Imagerie Landsat / ASTER Etna, 2001 – LANDSAT 7 Merapi, ASTER

44 Le service de surveillance « HOTSPOT »

45 3: Topographie et changements de surface Importance: –La topographie est important en elle même (les divers produits sécoulent en fonction de celle-ci) –Les coulées de lave, les dépôts pyroclastiques modifient la topographie des volcans. La cartographie 3D de ces changements est importante pour: Les divers travaux de reconstruction Lévaluation du risque de déstabilisation de ces dépôts récents Le suivi de lévolution de la région dans les années suivants léruption Résolution spatiale nécessaire : <1m Résolution temporelle nécessaire: quelques heures à plusieurs années

46 Modèles numériques de terrain à haute résolution Les modèles numériques de terrain (MNT) précis (1m de précision altimétrique, 10m de taille de pixel) sont nécessaires pour de nombreux besoins de recherche et de surveillance

47 Pinatubo: comparaison dimages SPOT acquises entre 1991 and Végétation = rouge, dépôts de cendres = bleu-gris. Le sommet du volcan est en bas à droite Evolution de la végétation après une grande éruption

48 4: Déformations du sol Importance: –Surveillance à moyen terme (gonflements, dégonflements, détection de réveil du volcan) –Surveillance à court terme (injection de dykes et fissures) –Surveillance des failles actives. –Surveillance de la subsidence de coulées de lave et de régions instables. Résolution spatiale requise : 1m à 50m Résolution temporelle requise: temps réel à quelques mois

49 Propagation dune fissure sur un volcan Etna, 2 Octobre 1989 (12h et 15h)

50 Interférométrie ERS à lEtna ( )

51 PS InSAR à lEtna Field observation of an active fault mapped by the PS InSAR

52 Mouvement dune faille asismique à lEtna

53 Inflation de la caldera Long Valley (USA) Hooper et al., 2004

54 Cartographie de déformation à partir de données optiques stéréo haute résolution Photographies aériennes du Piton de la Fournaise acquises en 1989 et 1997

55 Corrélogrammes (EW et NS)

56 Evaluation de lépaisseur et du volume de dépôts Les levés GPS cinématique permettent de valider la qualité des modèles numériques de terrain et de mesurer des épaisseurs de dépôts.

57 Production routinière dinterférogrammes du Piton de la Fournaise

58 Déformations provoquées par linjection dun dyke

59 Comparaison dinterférogrammes ERS et JERS au volcan Sakurajima, Japon

60 Etude du panache du volcan Miyake- jima, Japon à partir de données GPS

61 Synthèse Taille de pixel Temps (s) Optique Radar Méteo GPS Surveillance Recherche


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