Éruption de la Soufrière : comment évaluer les aléas volcaniques en temps réel ?

Le volcan de la Soufrière de Saint-Vincent est entré dans une éruption explosive majeure le 9 avril 2021, recouvrant l’île de Saint-Vincent d’un épais tapis de cendres de plusieurs centimètres. Heureusement, les signes précurseurs de l’éruption ont été correctement interprétés par les volcanologues en charge de sa surveillance. Ce qui a permis de convaincre les autorités de déclencher une décision d’évacuation préventive de près de 20.000 personnes habitant dans la zone rouge à haut risque. A ce jour, malgré la puissance de l’éruption, associée à des coulées pyroclastiques dévastatrices, aucune victime n’est à déplorer.

Un volcan surveillé attentivement

Dans le cadre de la gestion de crise, en collaboration avec les équipes du Seismological Research Center (SRC), de l’Université des West Indies (UWI) et du Montserrat Volcano Observatory (MVO), des chercheurs de la communauté ForM@Ter (IPGP, BRGM, EOST/Univ. de Strasbourg) ont assisté les équipes sur place en fournissant en temps réel des analyses d’observations satellitaires de l’éruption.

Auparavant, une coopération pré-existante entre l’IPGP et le UWI-SRC avait déjà permis de suivre la croissance d’un nouveau dôme de lave au sommet du volcan, qui a démarré en décembre 2020. Ce dôme de lave s’écoulait paisiblement, sans provoquer d’explosions, depuis près de 3 mois. Un modèle numérique de terrain du volcan, avec une résolution de 2 mètres, avait été calculé à partir d’images Pléiades acquises en 2014 à l’aide de la suite logicielle MicMac [Rupnik et al., 2016], dans le but de fournir une image 3D très précise de la topographie précédant la mise en place de la coulée [Grandin and Delorme, 2021]. Des vols de drone réguliers, opérés par le SRC / UWI / MVO, permettaient de mettre à jour la topographie, et de quantifier les volumes de lave émis au cours du temps. Les satellites COPERNICUS Sentinel-1 et Sentinel-2 assuraient en parallèle un suivi du « hotspot » thermique ainsi que des déformations du sol. Enfin, l’installation d’une webcam au sommet permettait de suivre l’évolution de la croissance du dôme, jusqu’à la destruction de la station en avril.

C’est au début du mois d’avril 2021 que la situation a commencé à se dégrader. Croissance accélérée du dôme, augmentation du dégazage, déclenchement de séismes en plus grand nombre et de plus forte intensité … Ces changements ont suggéré qu’une éruption importante était en préparation.

Entre stratégie et réactivité : le récit de la gestion de crise pour observer le volcan

A la demande des scientifiques de l’IPGP, alertés par UWI-SRC de ces signes précurseurs, le dispositif CIEST2 est déclenché le vendredi 9 avril à 8h00 TU. Une première acquisition par la constellation de satellites Pléiades (Airbus ADS / CNES) a lieu le jour même, à 14h40 TU, soit à peine deux heures après la première explosion du volcan, illustrant la réactivité du dispositif.

La stratégie d’acquisition choisie a consisté à pointer les satellites Pléiades-1A et -1B, de manière systématique, à chaque passage au-dessus de la zone. Pendant 10 jours consécutifs, des acquisitions quotidiennes en mode « stéréo » ont été réalisées, exploitant l’agilité du satellite, capable de pointer son système optique vers toute cible située dans son champ de vision. Chaque acquisition consiste en une paire de deux images, prises avec des angles différents, à moins d’une minute d’intervalle pendant un même survol. Cette technique permet d’augmenter les chances d’obtenir un visuel, et de pouvoir calculer la topographie du volcan par stéréophotogrammétrie.

Cette stratégie est mise en place délibérément sans se préoccuper de la couverture nuageuse, le système Pléiades étant habituellement dépendant des conditions météorologiques. L’objectif prioritaire est de tout tenter pour fournir des observations à très haute résolution, susceptibles d’éclairer au plus vite les scientifiques sur la situation au sol.

Les premières tentatives d’observation du sol ont échoué, du fait de l’épaisse couverture nuageuse mais surtout en raison de la présence d’un panache éruptif opaque, chargé en cendres, aérosols, gaz et cristaux de glace. Impossible dans ces conditions de voir l’édifice volcanique. Toutefois, il est possible d’exploiter les images Pléiades envahies pas le nuage volcanique pour extraire des paramètres clés de l’éruption. L’exploitation de ces images a en effet permis de déterminer des altitudes du panache, ainsi que des vitesses de déplacement grâce à une méthode mise au point au BRGM (de Michele et al., 2016), adaptée à Pléiades par la suite (Figure 1).

Figure 1: Modèle numérique d’élévation du panache de Saint Vincent, capturé le 12 avril 2021 par les satellites Pléiades.

Plus tard, une acquisition Pléiades effectuée le 15 avril 2021, vers 14h40 TU (10h40 heure locale), permettent enfin d’obtenir des observations détaillées de la situation au sommet du volcan. Ces images révèlent l’apparition d’un cratère explosif de près de 600 mètres de diamètre, probablement formé au cours de la phase paroxysmale du 9–10 avril. Un panache de gaz et de cendres continue de s’échapper du fond du cratère, masquant partiellement les alentours qu’on constate recouverts d’une couche de cendres uniformément grise : ce faible contraste rend difficile l’interprétation. Néanmoins, la haute résolution spatiale de Pléiades, associée à une grande sensibilité radiométrique, permet de discerner l’existence d’un épais empilement de cendres déposé autour du cratère explosif. Le remplissage des vallées incisant le sommet du volcan, résultat des coulées pyroclastiques, est lui aussi bien visible.

A l’aide du service à la demande DSM-OPT [D. Michéa et J.-P. Malet / EOST ; E. Pointal, IPGP], qui permet la création automatique de modèles numériques de terrain, un modèle topographique très haute résolution est rapidement calculé. Cela permet aux scientifiques de le comparer avec le modèle numérique de terrain pré-eruptif (Figure 2, en bas à droite). Cette différence révèle l’épaisseur colossale de cendres accumulées près du cratère : plus de 100 mètres. Le cratère lui-même a une profondeur d’au moins 100 mètres. Les volumes de matière déplacés sont de l’ordre de plusieurs millions de mètres cubes, indiquant une magnitude de l’éruption de 4 sur l’échelle de l’indice d’explosivité, comparable à l’éruption de 1902 de la montagne Pelée (Martinique).

Figure 2: En haut à gauche: modèle numérique de terrain (MNT) du volcan en 2014, à partir d’une fusion d’un MNT Pléiades et du MNT Copernicus. En haut à droite: image Sentinel-2 en fausses couleurs, utilisant les bandes infrarouge (11 et 12). En bas à gauche: image Pléiades du 15 avril 2021, permettant d’obtenir le premier visuel sur le cratère éruptif. En bas à droite: différence des MNT de 2014 et du 15 avril 2021. Les zones colorées en rouge indiquent une accumulation de matériel volcanique. Données : © Airbus DS / CNES (2014, 2021) / Copernicus (2021).

Cartographier l’épaisseur et la répartition des dépôts de cendres est essentiel pour être en mesure d’anticiper les risques engendrés sur la population locale. L’arrivée des pluies printanières provoquera l’apparition de coulées de boues dans les vallées drainant le volcan (« lahars »). Cette crise volcanique a fait intervenir des acteurs à plusieurs niveaux, depuis les volcanologues en charge des observatoires jusqu’aux agences spatiales opérant les satellites en orbite. La chaîne d’information implique aussi des informaticiens assurant la transmission rapide des données, des ingénieurs développant des méthodes de traitement d’image, sous l’impulsion de scientifiques qui tentent de mieux comprendre les dynamismes éruptifs, et de mieux informer les décideurs. Observer les conséquences de l’éruption permet de mieux prévoir les mesures de protection à déployer sur le terrain.

Contact scientifique

Raphaël Grandin (grandin@ipgp.fr) – Institut de Physique du Globe de Paris – Université de Paris

Participants
  • Arthur Delorme (IPGP)
  • Marcello de Michele (BRGM)
  • Raphaël Grandin (IPGP)
  • Jean-Philippe Malet (EOST)
  • David Michéa (EOST)
  • Elisabeth Pointal (IPGP)
Références

Grandin Raphael, & Delorme Arthur (2021). La Soufrière volcano (Saint Vincent) Fusion of Pleiades (2014, 2 m) and Copernicus (2018, 30 m) digital elevation models (Version v1.1) [Data set]. Zenodo. http://doi.org/10.5281/zenodo.4668734

Ewelina Rupnik, Mehdi Daakir, and Marc Pierrot Deseilligny (2017). Micmac–a free, open-source solution for pho- togrammetry. Open Geospatial Data, Software and Standards, 2(1):1–9.  https://opengeospatialdata.springeropen.com/articles/10.1186/s40965-017-0027-2

de Michele, M.; Raucoules, D.; Arason, Þ (2016). Volcanic plume elevation model and its velocity derived from Landsat 8. Remote Sens. Environ., 176, 219–224.@

➡️ Plus d’informations sur le site du pôle de données et services ForM@Ter

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