Éruption du volcan Tolbachik, dans la péninsule du Kamtchatka en Russie. © Nasa
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Comment la Nasa étudie l'influence des éruptions volcaniques sur le climat

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[EN VIDÉO] Géologie des systèmes volcaniques - une invitation au voyage  Entretiens datant de 2009 avec Georges Boudon, physicien à l'IPGP, et des membres de l'équipe étudiant le fonctionnement des volcans, depuis la génération des magmas jusqu'aux éruptions . La vocation des films de l'IPGP est d'ouvrir les portes des laboratoires et d'accompagner les scientifiques dans l'univers des géosciences. Ce film fait partie d'une série de 14 films de format court qui sont une invitation à un voyage du cosmos au centre de la Terre. Conception & réalisation : Medi@terre, IPGP - 2009 

Les volcans ont toujours eu une influence durable sur la formation géologique et l'évolution démographique sur Terre. Mais l'impact des plus grandes éruptions peut se faire ressentir sur le climat. Depuis plus de 40 ans, la Nasa s'emploie à observer ces géants méconnus afin d'anticiper leur influence sur l'atmosphère et les perturbations qu'ils induisent. 

L'histoire a démontré que les éruptions volcaniques peuvent avoir un effet durable à une échelle régionale et parfois mondiale : destruction de Pompéi et Herculanum en 79, l'éruption du Krakatoa en 1883 ou encore celle de l'Eyjafjöll en 2010. Depuis 1978, la Nasa emploie certains de ses satellites à l'observation de ces monstres magmatiques. Le but ? Surveiller leur impact sur le climat.

Dans les violentes éruptions citées ci-dessus, leur puissance a influé sur le climat à l'international. L'agence spatiale a donc élaboré une procédure nommée Nasa's Eruption Response Plan (ou Plan de surveillance d'éruption de la Nasa), lancé en 2018, afin d'anticiper ces évènements.

L'influence des volcans sur l'atmosphère

Tous les volcans n'ont pas la puissance pour dérégler le climat lors de leur éruption. Les plus violents, qualifiés « d'explosifs », sont classés dans quatre catégories : les peléens, dont les explosions sont à classer dans la catégorie « modérée », les vulcaniens ayant une explosivité variable de modérée à forte, les vésuviens dont la classification va de modérée à violente, les pliniens dont l'expansivité est très violente et les krakatoens, considérés comme « cataclysmiques ». 

Éruption du Pinatubo aux Philippines, en 1991. La quantité de matière propulsée a provoqué un refroidissement général de 0,5 °C sur Terre. © AFP, Arlan Naeg

Lors d'une éruption, l'explosion du sommet du cône d'un volcan va projeter un panache volcanique ou colonne éruptive dans les airs, à des hauteurs pouvant occasionnellement atteindre la stratosphère. En 1815, la colonne suivant l'explosion du Tambora en Indonésie a culminé à 44 kilomètres d'altitude. De ces explosions, une énorme quantité de matière comportant divers gaz est projetée dans les airs. Ces gaz sont principalement du sulfure de dioxyde (SO2) et du sulfure d'hydrogène (H2S) qui, une fois en suspension à plusieurs kilomètres de hauteur, ne disparaissent pas instantanément. Après quelques semaines, ils se transforment en sulfate, composé ionique de l'acide sulfurique (H2SO4).

Le mont Saint Helens, dans l'État de Washington aux États-Unis, dont l'éruption cataclysmique de 1980 avait provoqué l'effondrement entier de l'un de ses pans. © Krzysztof Wiktor, Adobe Stock

L'effet de propagation par aérosol du sulfate bloque l'arrivée du rayonnement solaire. La température va ainsi baisser significativement de 0,5 °C par endroits et pour une durée s'étendant de un à trois ans après l'éruption : c'est ce que l'on appelle un hiver volcanique. Plusieurs exemples à travers les époques ont permis d'observer les conséquences de ces éruptions. Celle du Laki, situé en Islande, en 1783, a été telle qu'elle a provoqué une baisse des températures dans toute l'Europe, couplée à des pluies acides créées par l'acide sulfurique présent dans l'aérosol diffusé par le volcan. L'éruption a provoqué des ravages historiques : en Islande, 21 % de la population meurt au cours de l'année 1784, en raison de la famine faisant suite à la mort de nombreux élevages de chevaux, bovins et ovins. Certains historiens estiment que l'éruption du Laki aurait même influé sur la survenue de la Révolution française, en 1789. 

La Nasa, organisme de surveillance volcanique

Depuis 1883, d'autres éruptions massives ont eu lieu : le mont Saint Helens en 1980 aux États-Unis, le Novarupta en Alaska en 1912, le Pinatubo aux Philippines en 1991... Face à tous ces risques, divers organismes et instruments de surveillance au sol existent. Des observatoires permanents observent les sites à risque, utilisant des sismographes pour relever les « tremors », petits tremblements de terre provoqués par l'activité volcanique ou encore des géodimètres utiles à la mesure de la modification géologique aux abords du volcan. 

Volcanologues à l'étude à proximité d'un volcan en éruption. © Vincent, Adobe Stock

La Nasa joue un rôle majeur dans l'observation et la compréhension des nuages volcaniques depuis l'espace. L'agence spatiale compte sur 38 satellites pour surveiller en permanence les volcans montrant des signes d'activité, afin d'activer si nécessaire son Eruption Response Plan. Des sondes telles que la série des Landsat ou Sentinel 1 possèdent à leur bord plusieurs instruments permettant de recueillir les données sur la composition moléculaire des colonnes éruptives et nuages volcaniques, ou d'étudier leurs variations thermiques. Dans ce but, d'autres institutions comme l'ESA ou la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) participent à l'effort de recherche sur l'impact climatique des éruptions volcaniques.

Vue d'artiste du satellite d'observation terrestre, Landsat-9. © Nasa

Pour l'heure, aucune éruption majeure ne devrait venir perturber l'atmosphère terrestre. Mais face aux problématiques climatiques mises en exergue par les derniers rapports du Giec, la Nasa et consorts devraient continuer à étudier ces phénomènes rares et exceptionnels que sont les éruptions volcaniques avec le lancement du satellite Landsat-9, prévu le 23 septembre 2021. 

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