Des chercheurs comptent sur une intelligence artificielle pour prédire les éruptions volcaniques à partir d’images satellites. © WikiImages, Pixabay, CC0 Creative Commons

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L’intelligence artificielle peut-elle prédire les éruptions volcaniques ?

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Quelque 800 millions de personnes vivent aux abords de volcans qui peuvent, à tout moment, entrer en éruption. D'où l'importance, pour les chercheurs, de réussir à prédire enfin les éruptions volcaniques.

De nos jours, les données concernant les volcans du monde ne manquent pas. Au contraire, les chercheurs semblent noyés sous le flot des informations qui leur sont fournies notamment par les satellites. La mise au point de deux algorithmes pourraient bien les aider à faire le tri et leur permettre de développer un système mondial d'alerte éruption volcanique.

Le premier algorithme travaille à partir des images haute résolution transmises par les satellites Sentinel. Il apprend ainsi à détecter des changements -- même infimes -- dans les mouvements du sol. Des changements qui trahissent des déplacements de magma sous un volcan« Un déplacement de magma ne signifie pas nécessairement l'imminence d'une éruption », prévient Andrew Hooper, volcanologue à l'université de Leeds (Royaume-Uni). « Mais il y a rarement éruption sans déplacement de magma. »

La dernière éruption du Sierra Negra, un volcan des îles Galapagos, a pu être prédite par l’intelligence artificielle imaginée par les chercheurs britanniques. © Lee Siebert, Smithsonian Institution, Wikipedia, Domaine public

Deux algorithmes complémentaires

Le second algorithme correspond à un réseau de neurones convolutifs tel que ceux utilisés dans la reconnaissance d'images. Ce type d'intelligence artificielle est capable de trier des images, parfois plus efficacement qu'un humain. Ici, les chercheurs de l'université de Bristol (Royaume-Uni) lui ont appris à distinguer les images annonçant des éruptions.

Pour l'heure, ce dernier algorithme rend toujours entre 20 et 60 % de faux positifs. Mais ses performances s'améliorent avec le nombre de photos analysées. Et même s'il faut encore quelques semaines pour que les images satellites soient traitées, « c'est un premier pas impressionnant qui pourrait révolutionner la détection des éruptions volcaniques », assure Michael Poland, un géologue américain.

Pour en savoir plus

Saura-t-on prévoir les éruptions volcaniques ?

Un volcan dormant peut devenir actif en quelques années, voire moins, sous l'effet d'une remontée de magma chaud plus profond, et cette évolution rapide se manifeste par des changements dans la chambre magmatique, lesquels sont détectables. Une équipe de volcanologues vient de présenter cette intéressante opportunité en étudiant le mont Hood, aux États-Unis.

Article de Jean-Luc Goudet paru le 21/02/2014

Dans un volcan dormant, du magma reste confiné en profondeur, prêt à remonter vers la surface. Dans quel état est cette roche en fusion ? Solide ou liquide ? Et comment cet état change-t-il avant une éruption ? Doit-on imaginer un magma liquide et chaud se frayant un chemin vers le haut, ou bien un magma solide se trouve-t-il réchauffé suffisamment pour devenir mobile ?

Deux géologues (Kari Cooper et Adam Kent) ont cherché à déterminer cette évolution en étudiant les feldspaths plagioclases du mont Hood. Ce volcan de l'Oregon, dans l'ouest des États-Unis, est situé au-dessus d'une zone de subduction, là où, au fond du Pacifique, la plaque Juan de Fuca s'enfonce sous le continent américain.

Le mont Hood se trouve dans l'ouest des États-Unis, dans l'Oregon, au-dessus d'une zone de subduction. Le fond du Pacifique, plus précisément la plaque Juan de Fuca (Juan de Fuca plate), s'enfonce sous la plaque nord-américaine (North America plate). Cette friction crée des contraintes dans la plaque continentale qui ont conduit à l'érection des montagnes Rocheuses, mais aussi à une activité sismique et volcanique (grossièrement représentée ici par des remontées de magma, en rouge). © USGS

Combien de temps faut-il pour réveiller un volcan ?

Selon eux, comme ils le détaillent dans la revue Nature, c'est la remontée d'un magma profond et plus chaud qui réchauffe celui, plus froid et plus visqueux, resté figé à quatre ou cinq kilomètres de profondeur. L'intérêt de l'étude est qu'elle donne des indications quantitatives sur la température limite et sur le temps que dure ce réchauffement. Dans le cas du mont Hood, le magma doit passer au-dessus de 750 °C pour devenir suffisamment mobile, et il suffit pour cela d'un temps court, peut-être, au minimum de quelques mois.

Pour parvenir à cette conclusion, les deux auteurs ont analysé les cristaux de ces feldspaths et ont pu déterminer deux paramètres clés : leur âge et la durée pendant laquelle ils ont été suffisamment chauds pour être mobiles et propres à une remontée éruptive. La datation par l'uranium-thorium donne pour les cristaux un âge compris entre 21.000 et 124.000 ans. La répartition du strontium à l'intérieur des plagioclases indique, elle, pendant combien de temps ces cristaux sont restés très chauds. Car au-dessus de 750 °C, ils migrent doucement vers l'extérieur et finissent par sortir des cristaux. Cette migration dépend aussi de la température, qui doit se situer entre 750 et 900 °C dans les conditions géologiques de ce volcan. Résultat : ce magma est resté chaud pendant peu de temps, quelques décennies au moins (s'il est monté à près de 900 °C) et quelques millénaires au plus (s'il est resté à 750 °C). Une étude semblable menée sur le volcan de Santorin était parvenue à la même conclusion en 2012.

Pendant la quasi-totalité des 21.000 à 124.000 ans de leur existence, ces plagioclases étaient donc trop froids, et par conséquent trop rigides, pour produire une éruption. Autrement dit, le réveil d'un volcan ne dure pas nécessairement des millénaires, comme on le croyait, mais peut s'étendre sur quelques années seulement, voire quelques mois selon les auteurs. Or, ces changements d'état du magma, quand il se fluidifie sous l'effet de son réchauffement, pourraient être détectés depuis la surface par surveillance des ondes sismiques ou des mouvements du sol par positionnement GPS. Les deux auteurs veulent maintenant mener une étude semblable sur des volcans plus grands, et déterminer s'il y a là une méthode fiable pour prévoir des éruptions volcaniques.

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