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Définir les propriétés des cendres pour prédire et analyser les éruptions volcaniques

Une étude révolutionnaire financée par l’UE analyse les cendres volcaniques dans leurs moindres détails afin d’en apprendre davantage sur le comportement des volcans.

Recherche fondamentale

Il existe plus de 1 000 volcans potentiellement actifs sur Terre. En plus des impacts directs des coulées de lave et des coulées pyroclastiques à proximité d’un volcan, les nuages de cendres peuvent se propager loin, voire même parcourir le monde. Ils peuvent fortement perturber les liaisons aériennes, endommager des infrastructures et détériorer des terres agricoles du fait des dépôts, et affecter la santé respiratoire des humains. De meilleures connaissances sur la manière dont les volcans peuvent se comporter lorsqu’ils entrent en éruption sont susceptibles d’aider les décideurs politiques à s’y préparer et à en limiter les effets. «L’objectif principal du projet AVAST consiste à améliorer les prévisions des propriétés physiques et chimiques des cendres produites durant les éruptions volcaniques. Ces données peuvent alors être utilisées pour calibrer les modèles de prévision relatifs à la dispersion des cendres volcaniques et nous aider à évaluer le danger des pluies de cendres», explique Adrian Hornby, boursier post-doctoral Marie Skłodowska-Curie à l’Université Louis-et-Maximilien de Munich, Allemagne, et coordinateur scientifique d’AVAST. AVAST a eu recours à une technologie de pointe pour analyser et catégoriser les cendres de manière très détaillée. «Les cendres peuvent nous dévoiler une partie de l’histoire du volcan et du processus qui a abouti à la fragmentation et à l’émission de cendres. Elles expliquent comment le nuage de cendres se disperse, ce qui a des conséquences importantes pour l’aviation et représente un danger du fait des pluies de cendres», explique Adrian Hornby.

Une histoire écrite dans la cendre

Les cendres sont produites lorsque le magma et la lave se fragmentent, soit à l’intérieur du conduit volcanique, ou dans de dangereuses coulées induites par la gravité appelées courants de densité pyroclastiques (CDP) – des courants rapides de matières volcaniques de haute densité et de gaz brûlants. «Ce processus de fragmentation génère différentes propriétés de particules, étant donné que le matériau volcanique développe différents modèles de fracture en fonction de la pression appliquée», ajoute Adrian Hornby. En d’autres termes, les particules de cendres peuvent avoir différentes distributions de taille et de forme, et même la distribution des minéraux volcaniques au sein des particules de cendres varie selon la manière dont elles sont produites. Toutes ces données peuvent être analysées pour orienter les scientifiques sur le comportement des volcans, ce qui est particulièrement utile étant donné que les observations directes des éruptions ne sont pas toujours possibles. «Bien que les particules de cendres ne donnent pas de prévisions directes du moment où les éruptions volcaniques peuvent survenir, elles peuvent aider à définir le type d’activité d’un volcan. De meilleures connaissances sont susceptibles de nous éclairer sur les processus cachés de la génération de cendres, nous aidant ainsi à mieux appréhender l’instabilité volcanique», explique Adrian Hornby.

Les flux d’informations

En comparant les cendres naturelles avec les cendres produites lors d’expériences de fragmentation en laboratoire, l’équipe a commencé à voir émerger certains modèles universels, indépendamment de l’origine volcanique et du processus de fragmentation. «Certains minéraux présents dans les cendres volcaniques sont plus susceptibles de se fracturer et sont donc toujours plus abondants sur les surfaces des cendres. Cette caractéristique modifie la réactivité des cendres avec l’environnement et l’atmosphère», précise Adrian Hornby. Suite à ses expériences, l’équipe a révélé que les cendres produites dans les CDP sont assez fines, et que jusqu’à 50 % de la masse du CDP peut être convertie en cendres sur une distance de transport de 6 km.

Une formation avancée

Le soutien de l’UE a permis au projet de regrouper les conclusions tirées des observations sur le terrain, des expériences en laboratoire et des événements naturels. Des opportunités de formation avancée, y compris dans le domaine de la technologie QEMSCAN (microscopie électronique à balayage), ont contribué à développer l’expertise de tous les chercheurs de l’équipe AVAST. Les scientifiques envisagent de retourner au laboratoire et sur le terrain afin de reproduire les processus de production de cendres dans les CDP. Un tableau final présentant la corrélation entre les propriétés des cendres et les processus de fragmentation sera prochainement publié.

Mots‑clés

AVAST, volcans, cendres, caractérisation, analyse, lave, fragment, comportement

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