La surveillance des volcans

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 (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) de fluides hydrothermaux engendrent une modification du champ magnétique terrestre (La Terre possède un champ magnétique produit par les déplacements de son noyau externe –...) local. Le magnétomètre (Un magnétomètre est un appareil qui sert à mesurer l'aimantation d'un système. Il en existe...) mesure régulièrement le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) local et envoie les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) à l'observatoire via une antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) émettrice.


Magnétomètre installé sur les flancs du Piton de la Fournaise (© IPGP)

La micro-gravité

L'étude du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de pesanteur (Le champ de pesanteur (ou plus couramment pesanteur) est un champ attractif auquel sont soumis tous...) 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 (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) 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 (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) 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 (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) associées aux déformations du volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et...) 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 (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) privilégiées de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) 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 (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'une surveillance particulière portant sur des mesures de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) (thermocouple), de débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers...) et de nature des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...).


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 (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) (H2O), et des quantités importantes de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...) (ou gaz carbonique, CO2), de sulfure (En chimie, un sulfure est un composé chimique ou la combinaison de soufre avec un degré...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (H2S), de dioxyde de soufre (Le dioxyde de soufre (ou anhydride sulfureux) est un composé chimique constitué de deux...) (SO2) et d'acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) hydrofluorique (HF) ainsi que quelques composés de chlore (Le chlore est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Cl, et de...) et d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...). Certains de ces gaz sont très dangereux voire mortels.
Une solfatare (de l'italien solfo "soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...)") est une fumerolle sulfureuse qui donne des dépôts de soufre par réaction avec l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...): 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 (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de dioxyde de soufre produite par un volcan est proportionnelle à son niveau d'activité. On utilise pour cela un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...) 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 (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...), soufre, azote et gaz rares comme l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...), l'argon (L’argon est un élément chimique, de symbole Ar et de numéro atomique 18.) 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)
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