LA SURVEILLANCE DU STROMBOLI

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1 LA SURVEILLANCE DU STROMBOLI par Jacopo Crimi Versions en français, italien et anglais sur Stromboli online

2 SOMMAIRE 1. L ACTIVITE NORMALE STROMBOLIENNE 2. L ACTIVITE DU STROMBOLI EN LA SURVEILLANCE DU STROMBOLI EN 2003 a. DEFORMATIONS b. EMISSIONS DE GAS c. ACTIVITE SISIMIQUE d. STABILITE DE LA PENTE 4. LIMITES DE SECURITE 5. L ACTIVITE OBSERVABLE EN NOTE IMPORTANTE Image 0 en couverture - INGV Catania 2

3 1. La normale activité Strombolienne Stromboli est un volcan actif d environ 3000 mètres d altitude (culminant à 924 m. au dessus du niveau de la mer), connu depuis l antiquité comme le «Phare de la Méditerranée» en raison des lueurs rouges visibles aux cratères à chaque explosion. Image 1 - Alain Melchior: Vue de la partie sous-marine du Stromboli Image 2 - Juerg Alean: Explosion typiquement Strombolienne du cratere 1 L activité explosive normale est due à l accumulation de gaz sous la croûte refroidie du magma présent dans les conduits. Quand la pression du gaz dépasse une certaine limite, celui ci casse la superficie du magma et se libère en projetant hors des cratères du magma et des fragments du conduit. Ce type d activité, dite strombolienne, se produit en moyenne 15 fois par heure. Le nombre et la forme des bouches, situées approximativement à 725 mètres au dessus du niveau de la mer, varient fréquemment. Jusqu au début de l année, celles-ci étaient regroupées à l intérieur de trois cratères, nommés cratère Nord Est (n 1), cratère Central (n 2) e cratère Sud Ouest (n 3). Image 3, 4 et 5 - Stromboli on Line: Secteur Nord Occidental de l île La plus grande partie des produits de l activité volcanique retombent sur le coté Nord occidental de l île dans une zone marquée par une profonde dépression, dite Sciara del Fuoco. La Sciara del Fuoco, à cause de son inclinaison et de sa composition en matériaux très différents entre eux (lave, cendres et roches) est souvent sujette à des éboulements. 3

4 Depuis que s est formée la Sciara del Fuoco (il y a plus ou moins ans), le volcan n a provoqué aucun évènement catastrophique et peut être considéré comme étant assez stable: l activité habituelle qui peut être observée aux cratères est toutefois souvent interrompue par des phases transitoires où l activité du volcan devient plus intense. Il n est donc pas rare d observer à Stromboli des explosions violentes et des coulées de lave; cette intense activité peut parfois produire des éboulements de grandes dimensions le long de la Sciara del Fuoco. Image 6 Perret: Forte explosion du 13 novembre 1915 Image 7 - Sergio Ballarò: mars Bouche éphémère au plateau sous Bastimento. Image 8 Juerg Alean: avril Coulées de lave du plateau sous Bastimento et sur le fond le cratère 1. 4

5 2. L activité du Stromboli en 2002 Depuis mai 2002 le Stromboli manifeste une intense activité explosive. Le 19 novembre 2002 le niveau du magma est tellement haut dans les conduits qu il finit par déborder du cratère 2. Entre le 7 et le 10 décembre, l activité explosive semble baisser; les jours successifs elle augmente à nouveau et on observe alors des fontaines de lave qui s élèvent jusqu à 200 mètres au dessus des cratères. Le 28 décembre à 18 heures 30 cette forte activité provoque finalement une coulée de lave, depuis une bouche placée à la base du cratère 1 (environ 600 à mètres au dessus du niveau de la mer), qui rejoint la mer en trente minutes. Image 9- Marco Fulle: Coulée de lave en mer Le 30 décembre à 13 heures 15 s écroule une partie de la Sciara del Fuoco (environ m 3 dont 2/3 au dessous du niveau de la mer) probablement à cause de la mise en place de la lave écoulée depuis le 28. Cet évènement provoque un raz de marée (tsunami) semblable à ceux de 1930, 1944 et Suite à cet éboulement la structure externe du volcan apparaît considérément affaiblie par des fractures proches des cratères et le long de la Sciara del Fuoco. Image 10 - INGV Catane: Cendre soulevée par l éboulement du 30 décembre 2002 En 2003, pendant que l émission de lave continue, certaines de ces fractures donnent lieu à de nouveaux écroulements autour et entre les cratères. (images 7 et 8). La continuelle émission de lave depuis un nombre variable de bouches éphémères - situées sur un palier (sous la zone Bastimento) à environ 590 mètres au dessus du niveau de la mer - a désormais porté à la croissance d un plateau d où la lave s écoule en débordant. La morphologie du volcan a donc profondément changé depuis le début de cette année et à part l observation directe il est nécessaire de mesurer et analyser les phénomènes superficiels pour comprendre les mécanismes profonds qui affectent le volcan. 5

6 Image 11- Alain Melchior: Schéma des phénomènes provoqués par le mouvement du magma Image 12: Stations de surveillance et COA Image 13: Observatoire San Vincenzo 6

7 3. La surveillance du Stromboli en 2003 La Protection civile a installé a Stromboli depuis le début de l année un important réseau de surveillance pour contrôler l activité du volcan et l éventuelle survenue de dangereux phénomènes. A Stromboli est installée une série de dispositifs nommés: réseau EDM, GPS, clinométrie, géochimique, sismique broad band; station magnétique, interféromètre SAR, COSPEC, radiomètre, cameras thermique et satellitaires ( image 12 et explications dans les chapitres suivants). Les données et les informations provenant des différents instruments installés à Stromboli sont acheminées par satellite, onde radio et fibre optique vers le Centre Opérationnel Avancé (COA) du Département de la Protection Civile (Présidence du Conseil des Ministres) à l observatoire San Vincenzo. (Image 13). Les différent organismes opérationnels à Stromboli sont les suivants: Région Sicilienne; Province de Messina; Mairie di Lipari; Marine, Aéronautique et Police Militaire; Police Nationale et Municipale; Police Financière-SAGF; Pompiers; Gardes côte Capitainerie de Port; Gardes forestières de la Région Sicilienne; Surintendance aux BB. CC. AA de la Région Sicilienne; ASL; Croix Rouge Italienne; Guides Alpins Vulcanologiques de Stromboli; Volontaires. Les organismes de recherche présents à Stromboli sont les suivants: Institut National de Geofisique et Vulcanologie (INGV) et ses différentes sections; Université de Bologne, Florence, Milan, Pise, Rome 1, Rome 3, Turin, Udine; CNR, ISMAR-IGM Bologne; CRC; Pennsylvania State University; CSIC Madrid; University of Hawaii. A part l observation directe grâce à l usage de caméras à transmission satellitaire et aux reconnaissances sur le terrain avec des caméras thermique il faut aussi étudier l activité volcanique moins apparente. La surveillance d un volcan consiste donc à relever et analyser les phénomènes mesurables qui reflètent le mouvement du magma en profondeur. Le magma déforme les structures à l intérieur desquelles il se déplace, émet des gaz et provoque les typiques explosions Stromboliennes. La surveillance se concentre donc sur ces trois thèmes (déformations, émissions de gaz et explosions) pour comprendre les phénomènes profonds que subit le volcan. (image 11). Ceci permet de toujours mieux connaître les mécanismes éruptifs et aide à prévoir l éventuelle survenue d explosions violentes ou d éboulements considérables. 7

8 a. Deformations Le mouvement du magma en profondeur, son intrusion dans les fractures et sa remontée vers la surface provoquent des déformations locales qui se reflètent sur la structure externe du volcan. On choisit donc des zones théoriquement sujettes à déformations en cas d événements majeurs et on y installe des stations dont on contrôle la position. Si il y plus d une station de contrôle on parle alors de réseau d instruments. A Stromboli il y a trois réseaux, une station magnétique et un radar de terre qui signalent avec précision les déformations éventuelles. : Image 14: Stations pour la surveillance des déformations Réseau EDM INGV Sciara Bassa (Electronic Distance Measurments). Un faisceau laser émis par un dipositif (théodolite, image 15) placé à Punta Labronzo (PLB), permet de contrôler la position de différentes stations localisées sur la Sciara. Réseau GPS INGV (Global Positioning System). Ce système utilise une série de satellites en orbite autour de la Terre pour déterminer avec précision la longitude, la latitude et l altitude de différentes stations positionnées sur la Sciara et autour de l île. Image 15: Théodolite du réseau EDM à PLB Réseau permanent INGV clinométrie L inclinaison de deux stations - Punta Labronzo (PLB) et Timpone del Fuoco (TDF) - est constamment contrôlée selon deux composantes: radiale et tangente à la pente. Station Magnétique INGV Ce dispositif, installé à Punta Lena, contrôle les variations du champ magnétique local (anomalies magnétiques) induites par le mouvement du magma. 8

9 Interféromètre SAR Université de Florence et JRC ISPRA (Synthetic Aperture Radar). Ce dispositif, installé à 400 m. au dessus du niveau de la mer, est un radar monté sur rail qui permet de sonder toute la partie haute de la Sciara del Fuoco. Le signal radar, envoyé par une antenne, est réfléchi par l objectif (la Sciara del Fuoco) et enregistré à son retour par l autre antenne. L analyse du signal réfléchi permet de reconnaître d éventuelles déformations survenue entre un passage et l autre avec une précision supérieure au millimètre. Image 16: SAR à 400 mètres au dessus du niveau de la mer 9

10 b. Emissions de gaz En se déplaçant en profondeur, le magma émet en grande quantité différents types de gaz (surtout H 2 O, CO 2 et SO 2 ) qui rejoignent la nappe phréatique et remontent le long des fractures et des conduits. Avant les explosions violentes il est possible que les concentrations des gaz qui arrivent en superficie subissent de considérables variations. Sur l image 17 sont reportées en jaune les puits échantillonnés à Stromboli (Fulco, Zurro, Cusolito et Limoneto) et la station géochimique permanente du Pizzo; en rouge, la localisation des stations pour la mesure du radon. Image 17: Stations pour la surveillance des émissions de gaz Stations géochimiques INGV de dégagements de CO 2 et température du sol Il s agit de sondes insérées dans le terrain à une profondeur de 50 cm (au Pizzo et à Scari) qui permettent de mesurer en permanence la quantité de CO 2 émise par le sol (en grammes x mètres / jours) et sa température. Réseau idro-géochimique INGV Pour mesurer l éventuelle contamination des eaux par des gaz d origine vulcanique on mesure deux fois par semaine les principaux paramètres chimiques et physiques (composition, température, ph, conduction électrique) de différents puits de l île. Les analyses plus complexes (ions en solutions, composition isotopique, concentrations en métaux, chlore et soufre) des échantillons d eau prélevés à Stromboli sont effectuées par l INGV dans le laboratoire de Palerme. Réseau géochimique Radon Université de Turin La quantité de radon émise par le sol est liée à la remontée de fluides le long des fractures structurelles du volcan et représente un excellent signal précurseur en cas d évènement majeur. Le dégagement de ce gaz radioactif est contrôlé trois fois par semaine grâce à un réseau de 25 stations distribuées sur l île. Image 18 : Senseur et stations pour la mesure du radon 10

11 COSPEC (Correlation Spectrometer) Pendant le survol quotidien en hélicoptère, cet instrument (spectromètre) analyse la lumière réfléchie par les gaz vulcaniques et calcule l émission journalière de SO 2 (en tonnes par jour). Le COSPEC est utilisé avec un anémomètre car la direction et la force du vent influencent énormément les mesures. Image 19 : Hélicoptère de la Protection Civile et Mesures COSPEC en hélicoptère 11

12 c. Activité sismique A Stromboli la plupart de l activité sismique est due aux explosions stromboliennes; leur empreinte sismique prend souvent le simple nom d événement sismique. Ces explosions (événements sismiques) provoquent des oscillations du sol, des variations brusques de température et des ondes sonores et à infrason dans la zone des cratères. Tous ces phénomènes sont relevés par les instruments installés à Stromboli. Image 20: Stations pour la surveillance de l activité sismique En analysant un tracé sismique du Stromboli on peut reconnaître la vibration volcanique continue du volcan, les événement sismiques associés à l activité strombolienne et les éboulements. En comparant les différentes formes et les différents temps d arrivée des signaux sismiques à chaque station on peut remonter à l origine de l évènement. Il est alors possible de déduire que la normale activité strombolienne qui n est pas actuellement visible aux cratères continue toutefois à se manifester plus en profondeur. Image 21 - Roberto Carniel: Signal d un événement sismique Réseau sismique broad band INGV Ces instruments mesurent les oscillations du terrain en termes de vitesse selon trois directions (dites composantes) perpendiculaires entre elles: typiquement vertical, Nord-Sud et Est-Ouest.. Le terme broad band (bande large) signifie que les sismomètres (image 21) enregistrent les hautes et les basses fréquences (c est à dire respectivement les mouvements rapides et lents du volcan). Image 22 - Guralp: L intérieur d un sismomètre 12

13 Réseau sismoacoustique et radiomètre Université de Florence Une série de micros installée dans la zone des cratères enregistrent les infrasons émis par les explosions. Comme les sismomètres relèvent les explosions grâce aux oscillations du terrain les micros font de même grâce à l onde de pression qui voyage dans l air. Ceci permet de remonter plus précisément à la direction de provenance de l événement explosif. Image 23: Stations pour la surveillance de l activité acoustique et thermique Le radiomètre (à 15 d ouverture angulaire), situé à environ 500 mètres des cratères, relève les variations de température d une zone grande 150 mètres sur 150. On peut donc observer directement la sortie de matériaux chauds dans la zone des cratères. 13

14 d. Stabilité de la pente Les nombreux phénomènes liés à l activité volcanique (déformations, émissions de gas, activité sismique, coulées de lave) influencent considérablement la stabilité de la pente de la Sciara del Fuoco. C est donc en intégrant les données recueillis grâce à tous les instruments installés que la stabilité de la pente et donc le risque d éboulements importants sont évalués. Image 24: Stations pour la surveillance de la stabilité de la pente A part le réseau sismique qui signale les éboulements importants en temps réel, rappelons le réseau EDM et l interféromètre SAR qui contrôlent continuellement la présence éventuelle de déformations et donc de fractures qui pourraient évoluer en éboulements importants. Afin d analyser correctement toutes les informations recueillis il est également nécessaire de pouvoir observer en permanence les évènements. Cameras à transmission satellitaire de la Protection Civile Les cameras, installées à 400 mètres au dessus du niveau de la mer et à Punta Labronzo (PLB), sont dirigeables à distance. Elles permettent de contrôler continuellement la stabilité de la pente, la portée des coulées de lave et les émissions de cendres. Camera thermique Utilisé pendant les reconnaissances sur le terrain et en hélicoptère, cet instrument permet de souligner sur les images les zones à haute température (par exemple les coulées de lave, les zones de dégazages, les fractures, les écroulements à l intérieur des cratères) autrement invisibles à œil nu. Image 25 :Camera satellitaire à PLB Image 26 - INGV Catane: Image thermique de la Sciara del Fuoco 14

15 4. Limites de sécurité En comparant les informations recueillies grâce aux différentes activités de surveillance (déformations, émissions de gaz, activité sismique et observation directe) et en les intégrants on peut connaître l activité profonde du volcan. En analysant son histoire et les données de la surveillance, il est alors possible d affirmer que le Stromboli est maintenant dans une phase normale de son cycle, même si son activité apparaît particulièrement intense. En ce qui concerne la prévision des événements majeurs grâce à la surveillance, la question est différente pour le risque d éboulements et d explosions. Eboulements La stabilité de la pente de la Sciara del Fuoco est intensément et efficacement contrôlée 24 heures sur 24 par un puissant réseau de surveillance; au cas où il se produirait un écroulement de dimensions semblables à celui du 30 décembre 2002, les instruments indiquent qu on pourrait le prévoir à temps. Comme précaution ultérieure, il y a à Stromboli deux ondemètres installés sur les cotés de la Sciara pour relever d éventuelles vagues anormales. Dans ce cas un système d alarme se déclancherait pour avertir la population de s éloigner des zones côtières. Pour le moment un écroulement de dimension similaires a celui du 30 décembre dernier apparaît improbable car celui-ci a emporté la plus grande partie des matériaux instables présents sur la Sciara. Explosions La violente explosion du 5 avril 2003 est survenue pendant que tous les instruments du réseau de surveillance fonctionnait parfaitement mais il n as pas été possible isoler à temps des signaux précurseurs de l événement. Les données recueillies juste avant cet événement sont encore minutieusement étudiées pour rechercher de possibles signaux précurseurs. Image 27 Jacopo Crimi: Forte explosion du 5 avril 2003 Limites de sécurité Même si les événements majeurs comme ceux du 30 décembre et du 5 avril dernier ont des temps de retour élevés (c est à dire qu historiquement ils adviennent rarement), la Protection Civile a établi par précaution une série de limite de sécurité. A cause des éboulements permanents qui intéressent la Sciara del Fuoco (projetant parfois des blocs à plusieurs centaines de mètre de la côte) et vu la possibilité d un écroulement important, pendant toute l année reste l interdiction de navigation et de baignade à moins de 800 m de la Sciara del Fuoco. Vu que les produits de l explosions du 5 avril sont retombés jusqu à 500 mètres au dessus du niveau de la mer et que l on a pas pu identifier à temps des signaux précurseurs univoques de l événement, la limite de sécurité a été fixé à 290 m au dessus du niveau de la mer (fin du sentier pavé). Pour aller jusqu à 400 mètres au dessus du niveau de la mer et avoir une vision plus complète de la Sciara del Fuoco et du champ lavique, il est obligatoire de se faire accompagner par les guides vulcanologiques de l île. Les transgresseurs seront poursuivis selon la loi et dénoncés à l autorité judiciaire. 15

16 Image 28: Emission de cendre des cratères en Juin 2003, vue depuis Piscità. Image 29: Schema des points d observation de la Sciara del Fuoco. Image 30 Marco Fulle: Coulées de lave en Juin 2003.Vues depuis 400 m a.n.m, coté Stromboli. Image 31 Marco Fulle: Eboulement et grain flow, sur la Sciara del Fuoco.Vus depuis 400 m a.n.m., coté Stromboli 16

17 5. L activité observable en 2003 Depuis mai 2003, la normale activité strombolienne (libération impulsive de gaz des cratères) est à nouveau visible depuis les villages de Stromboli et Ginostra sous la forme d émissions de cendres (image 28). Ces événements correspondent aux signaux sismiques décrits précédemment, associés dans ce cas à des signaux thermiques et acoustiques. Les coulées de lave, actives sur le plateau situé à 600 m au dessus du niveau de la mer, continuent à s écouler depuis le 28 décembre dernier et rejoignent des altitudes variables sur la Sciara del Fuoco (rarement au delà de 300 m au dessus du niveau de la mer) selon le taux d effusion. A partir du couché du soleil, l émission de lave est facilement observable depuis la mer et depuis les sentiers qui, des villages de Ginostra et Stromboli, mènent aux cratères. Du coté du village de Stromboli, la lave est visible dés 290 m au dessus du niveau de la mer; du coté de Ginostra il suffit d arriver à Punta del Corvo (150 m au dessus du niveau de la mer) pour avoir une bonne vision du champ lavique et de la Sciara del Fuoco. (image 30). Sur l image 29 est reportée la schématisation des points d observation en jaune, du plateau en orange et des coulées de lave en rouge. Les continuels éboulements qui intéressent la Sciara del Fuoco sont pour la plupart dus au détachement de la partie la plus avancée des coulées de lave et ont créé une accumulation de matériaux à la base de la pente. Ce dépôt forme une sorte de tremplin d où les roches, suite à la course le long de la Sciara, sont projetées en mer, certaine fois à plusieurs dizaines de mètres de la ligne de côte. Un curieux phénomène, nommé grain flow, est également observable sur la Sciara del Fuoco: celles qui apparaissent comme des fractures d où s échappent des gaz (soulignées sur l image 31) sont en fait de petits éboulements d éléments de la même granulométrie qui avancent solidaires l un l autre, à vitesse très réduite. Nous tenons à rappeler que pour dépasser l altitude de 290 m au dessus du niveau de la mer, aussi bien du coté de Ginostra que de Stromboli, il est obligatoire de se faire accompagner par les guides autorisés et qu il est interdit de s approcher par la mer à moins de 800 m de la ligne de côte de la Sciara del Fuoco. Ces limites permettent d observer en sécurité l activité du volcan Stromboli et représentent en effet une rare occasion pour pouvoir s approcher d un volcan actif et contempler de spectaculaires phénomènes qui reflètent une activité encore en partie inconnue. 17

18 5. Note Importante Toutes les informations fournies dans ce document ont été élaborées sur la base des communiqués quotidiens publiés sur Internet par l Institut National de Géophysique et Vulcanologie (INGV) section de Catane. Ce document n a donc aucun caractère officiel et vise seulement à la divulgation des importantes activités de surveillance qui font aujourd hui du Stromboli un des volcans les plus contrôlés au monde. Pour informations officielles, le lecteur est invité à consulter directement les communiqués (en italien) de l INGV: Toutes les cartes de ce document ont été élaborées à partir d une photographie satellitaire des archives de Stromboli on Line. Toutes les images sont de propriété exclusive des auteurs et ont été publiées sur ce document grâce à leur autorisation. Le lecteur est donc invité à contacter directement les auteurs au cas ou il désirerait les utiliser ailleurs. Jurg Alean, Roberto Carniel, Marco Fulle Stromboli on Line : INGV - Section de Catane - Section de Palerme : Sergio Ballarò : Alain Melchior : Guralp : Je tiens à remercier particulièrement Roberto Carniel, Sergio Ballarò et Alain Melchior pour leur généreuse collaboration. Dernière modification 10 Juillet 2003, Stromboli. Réalisation par Jacopo Crimi DEA en Sciences de l Environnement. Thèse de fin d études sur le développement de Ginostra. Trilingue, bonnes connaissances informatiques, résident à Stromboli. Tel: / jacopo.crimi@tin.it 18