Le magnétisme
La Terre possède un champ magnétique terrestre qui lui est propre. Un autre champ dû à la présence de minéraux ferromagnésiens dans la lave perturbe le champ magnétique terrestre. Ainsi, les activités volcaniques comme la remontée de magma et la circulation de fluides hydrothermaux engendrent une modification du champ magnétique terrestre local. Le magnétomètre mesure régulièrement le champ magnétique local et envoie les données à l'observatoire via une antenne émettrice.
Magnétomètre installé sur les flancs du Piton de la Fournaise (© IPGP)
La micro-gravité
L'étude du champ de pesanteur permet de mettre en évidence les déplacements de masses (magma) et les variations de densités (structures profondes) au sein des édifices volcaniques. Il est donc possible, à partir de mesures gravimétriques, de détecter l’arrivée d’un magma moins dense que les roches encaissantes.
On mesure la variation de la gravité g entre différents points, l'un d'eux sera pris comme référence pour les autres. Ces mesures sont faites à l'aide de gravimètres. Le gravimètre le plus simple est composé d'une masse suspendue à un ressort. La variation de la gravité entraîne un allongement proportionnel du ressort.
Dans la pratique volcanologique, deux types de difficultés sont rencontrés. Tout d’abord, ces signaux ont des amplitudes très faibles, dix à cent millions de fois plus faibles que la gravité terrestre. Ensuite, les variations d’altitude associées aux déformations du volcan provoque des variations de gravité du même ordre de grandeur que celles induites par les mouvements du magma.
Les zones hydrothermales et fumerolliennes
Les zones hydrothermales et fumerolliennes sont des zones d'observation privilégiées de l'activité d'un volcan. La distribution géographique de ces zones renseigne sur la fissuration de l'édifice et donc sur les zones potentiellement faibles. Ces zones font l'objet d'une surveillance particulière portant sur des mesures de température (thermocouple), de débit et de nature des gaz.
Appareil de détection d’émanations de gaz carbonique dans la caldeira de Santorin, Grèce
(© J.-M. Bardintzeff)
Une fumerolle est une émanation gazeuse qui s'échappe par un orifice de la paroi du volcan et qui correspond au dégazage tranquille et régulier d'un magma en profondeur. Elle se produit même hors période éruptive.
Les gaz sont de natures variées mais on trouve surtout de l'eau (H2O), et des quantités importantes de dioxyde de carbone (ou gaz carbonique, CO2), de sulfure d'hydrogène (H2S), de dioxyde de soufre (SO2) et d'acide hydrofluorique (HF) ainsi que quelques composés de chlore et d'azote. Certains de ces gaz sont très dangereux voire mortels.
Une solfatare (de l'italien solfo « soufre ») est une fumerolle sulfureuse qui donne des dépôts de soufre par réaction avec l'oxygène de l'air : 2 H2S + O2 ---> 2 S + 2 H2O.
Il est important d'étudier l'évolution de ces productions de gaz. Elles sont une source d'informations précieuses sur l'activité du volcan. En effet, la quantité de dioxyde de soufre produite par un volcan est proportionnelle à son niveau d'activité. On utilise pour cela un spectromètre de corrélation : le COSPEC. Il est conçu pour mesurer la quantité de SO2 dans l'air.
Dans le cadre de la prévision des risques volcaniques, l'évolution de la composition chimique et isotopique des gaz (oxygène, carbone, soufre, azote et gaz rares comme l'hélium, l'argon et le krypton) est suivie de près : elle change quand on passe d'un système fumerollien à un système magmatique.
De même, une augmentation de la température des gaz est en général synonyme de montée du magma, ce qui laisse présager une éruption.
Jacques-Marie Bardintzeff, volcanologue, mesure la température
des fumerolles de Vulcano dans les Îles Eoliennes (© J.-M. Bardintzeff)