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Des scientifiques [1] ont mis au point une méthode d’imagerie particulièrement innovante capable de sonder les entrailles d’un volcan à une résolution et une profondeur inégalées jusqu’ici. Parus dans la revue Communications, Earth & Environment, ces travaux offrent une nouvelle méthode d’observation unique et prometteuse pour la volcanologie et l’anticipation des éruptions.
Les volcans sont composés d’un arrangement complexe de roches fracturées, de poches de liquide et de gaz si hétérogènes que les imager est particulièrement compliqué. La tomographie sismique exploite les tremblements de terre pour sonder leurs propriétés mécaniques mais elle demande une activité sismique importante et la résolution des images obtenues est seulement de l’ordre de quelques kilomètres. Des chercheuses et chercheurs de l’Institut Langevin et de l’Institut de Physique du Globe de Paris ont mis au point une nouvelle méthode d’imagerie, dite matricielle passive, qui plonge dans les entrailles du volcan jusqu’à dix kilomètres de profondeur et résout sa plomberie interne avec une précision de l’ordre de la centaine de mètres à partir du seul bruit sismique. Ces résultats ont été obtenus sur le volcan de La Soufrière de Guadeloupe. Ils révèlent la forme tortueuse de la cheminée du volcan dans sa partie supérieure. Surtout, ils confirment l’existence d’une large zone de stockage de magma en profondeur et sa structuration en un réseau de lentilles de magma horizontales connectées entre elles. En plus de confirmer certains modèles conceptuels proposés dans la littérature, de telles images offrent un point de vue unique sur les volcans, à même de révolutionner le champ de la volcanologie.
a. Vue tri-dimensionelle du volcan obtenue par une migration confocale de la matrice de réflexion. L’image obtenue est totalement brouillée pat les distorsions des ondes sismiques induites par les hétérogénéités du volcan. b Image matricielle du volcan obtenue par apprentissage des lois de focalisation compensant les hétérogénéités de ce dernier. Jusqu’à 5 km, l’image révèle le conduit tortueux de la Soufrière. Au-delà, une zone de stockage du magma est mise en lumière avers un arrangement complexe de lentilles de magma horizontales connectées les unes aux autres.
Pour y parvenir, les scientifiques, en collaboration avec l’Observatoire Volcanologique et Sismologique de Guadeloupe, ont déployé un réseau parcimonieux de géophones, qui captent non seulement les fortes secousses des tremblements de terre, mais aussi le bruit sismique induit par le vent, l’océan et l’activité humaine. Ce bruit sismique mesuré pendant deux mois a servi à construire une matrice de réflexion, inspirée de travaux précédents de la même équipe sur l’échographie ultrasonore et la microscopie optique récemment parus dans Nature Communications. Cette matrice est exploitée pour compenser finement les distorsions que les ondes sismiques subissent en traversant les différentes structures géologiques et poches de magma du volcan. Ces hétérogénéités ne sont alors plus un obstacle et une image de la structure interne du volcan est obtenue comme si ce dernier était devenu transparent.
Cette technique d’imagerie matricielle passive s’applique à n’importe quel volcan pourvu qu’il y soit déployé un réseau dense de géophones. Elle ouvre ainsi un vaste champ d’applications en volcanologie, pour mieux comprendre la structure interne des volcans et les mouvements du magma en profondeur pour ainsi anticiper de manière plus efficace les éruptions volcaniques. Ces travaux ont bénéficié d’une subvention ERC Consolidator (n° 819261) dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne.
Bibliographie
Matrix imaging as a tool for high-resolution monitoring of deep volcanic plumbing systems with seismic noise. Elsa Giraudat, Arnaud Burtin, Arthur Le Ber, Mathias Fink, Jean-Christophe Komorowski & Alexandre Aubry. Communications, Earth & Environment, le XX septembre 2024. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01659-2
Contacts
Alexandre Aubry, Directeur de recherche CNRS à l’Institut Langevin (CNRS/ESPCI Paris – PSL)
| +33 1 80 96 30 66 / +33 6 49 52 64 13 | alexandre.aubry@espci.fr
Arnaud Burtin, Physicien à l’Institut de Physique du Globe de Paris (Université Paris Cité/CNRS)
| +33 1 83 95 75 49 | burtin@ipgp.fr