Rappel
Contrairement au cas des séismes, dont le seul aléa direct est le mouvement du sol, on ne devrait sans doute pas parler de l’aléa volcanique, mais des aléas volcaniques.
En effet, de par la variété des styles éruptifs et des matériaux émis correspondants, l’aléa volcanique possède une nature très versatile : coulées de laves fluides, coulées pyroclastiques, nuées ardentes, projections de cendres, de bombes ou de blocs, émissions de gaz.
Cette dynamique éruptive varie grandement d’un volcan à un autre (alors que tous les séismes émettent des ondes élastiques de même nature), voir d’une éruption à une autre pour un même volcan, voire même lors d’une même éruption.
On conçoit donc bien que la quantification des éruptions peut difficilement bénéficier d’une échelle unifiée et univoque comme cela est le cas pour les séismes ou d’autres aléas.
En fait, l’appréciation de la taille de l’aléa est le plus souvent qualitative, bien que des approches quantitatives existent tout de même, principalement basées sur la quantité de matériaux rejetés et la vitesse à laquelle ils sont émis.
Parmi ceux-ci, les gaz jouent un rôle à part du fait de l’invisibilité de leurs rejets. Même s’ils sont exclus des approches quantitatives présentées ci-dessous, cet aléa est tout de même pris en compte lors d’études de risques, notamment par l’évaluation de la nature chimique et du volume estimé des gaz émis.
La masse de matériel émise lors d’une éruption pouvant varier sur une très large gamme de valeurs, une échelle logarithmique a été établie (comme dans le cas des séismes avec la magnitude). On attribuait ainsi une classe de magnitude variant de I à IX en fonction du logarithme du volume de matériau émis.
Une nouvelle échelle révisée définit le Volcanic Explosivity Index (VEI), qui est un nombre entier variant de 0 à 8 (du moins pour les éruptions quantifiées jusqu’à présent), et qui décrit le volume mis en jeu (que l’on définira plus tard par la magnitude) ainsi que la hauteur de la colonne éruptive (qui définira l’intensité).
Sa description est donnée dans le tableau ci-dessous. Cet indice peut être mesuré pour les éruptions explosives actuelles ou anciennes.
Cette échelle ne peut cependant pas quantifier les éruptions purement effusives, qui sont non explosives, et qui reçoivent par défaut un indice 0 ou 1.
Volcanic Explositivity Index (VEI)
Cette échelle implique que la magnitude et l’intensité d’une éruption soient liées par une relation bijective, ce qui n’est en fait pas le cas. On établit donc plutôt deux échelles indépendantes.
La première est la magnitude :
Mv = log(masse totale des matériaux éruptifs en kg) – 7
Cette magnitude est proche du VEI lorsque celui-ci est mesurable.
Pour les éruptions explosives, les observations montrent qu’elle varie entre 0 et 9.
Pour les éruptions effusives, les valeurs sont comprises entre -2 et 7 (et supérieures à 8,5 lorsqu’on prend en compte les plus importantes éruptions historiques).
Il faut bien évidemment mentionner ici qu’il ne faut surtout pas confondre cette magnitude avec celle relative aux séismes, bien que les observations montrent des intervalles de variation similaires. Dans le cas des séismes, la magnitude quantifie une énergie véhiculée par des ondes, alors que dans les cas des volcans, la magnitude quantifie une masse. Dans un volcan, la majeure partie de l’énergie mise en jeu est thermique, et ne fait l’objet d’aucune échelle de magnitude.
On définit également une échelle d’intensité, qui est une grandeur qui va quantifier la hauteur de la colonne éruptive :
Iv = log(taux d’émission de matériau éruptif en kg/s) + 3
Une éruption très vigoureuse aura une intensité de l’ordre de 10 à 12, alors qu’une éruption calme aura une intensité de l’ordre de 4 ou 5. Bien évidemment, l’intensité peut varier au cours d’une même éruption.
Pour une éruption explosive, la hauteur de la colonne éruptive est proportionnelle à I1/4. Comme cette hauteur contrôle la dispersion spatiale des ejectas volcaniques, on peut donc déterminer Iv pour les éruptions explosives anciennes à partir de l’analyse des dépôts sur le sol.
Pour les éruptions effusives, il faut faire des modèles qui supposent connue la durée de l’éruption.
Remarque
L’estimation de la masse émise est évidemment très difficile à effectuer car il faut d’abord estimer, à partir d’observations de terrain, un ou plusieurs volumes de matériaux différents ayant des masses volumiques variables et qui n’ont parfois pas été préservés du fait de l’érosion.
Connaître le VEI, la magnitude et/ou l’intensité d’une éruption ne donne cependant pas une image complète de l’aléa auquel peuvent être soumis les différents secteurs géographiques autour d’un volcan.
Le trajet des coulées de lave va dépendre du détail de la topographie, et le dépôt des ejectas peut dépendre de la direction et de la vitesse des vents, voire de l’assymétrie au niveau du conduit éruptif.
Méthode
Ainsi, l’appréciation de l’amplitude de l’aléa volcanique peut, comme pour les tremblements de terre, se baser sur deux types d’approches :
- la première est très empirique et est basée sur la cartographie : on essaie d’estimer quelles sont les zones autour du volcan qui ont été le siège de coulées de laves ou de chutes de téphra (et, en ce cas, quelle fut leur nature, la taille des éjectas et l’épaisseur totale du dépôt) afin de dresser un catalogue des scénarios plausibles et les traduire en termes de probabilité d’occurrence.
- la deuxième approche consiste à modéliser numériquement ces scénarios en fonction de la dynamique supposée de l’éruption.
L’estimation de l’amplitude de l’aléa volcanique doit aussi faire intervenir la durée de l’éruption.
Certains volcans sont ainsi en éruption permanente (comme le Stromboli).
Pour l’ensemble des volcans terrestres, environ 10% des éruptions s’arrêtent au bout d’un jour, la plupart durent moins de 3 mois, et quelques unes durent au-delà de 3 ans. La durée médiane d’une éruption est de 7 semaines.
En outre, chaque éruption possède un paroxysme qui intervient généralement au début de celle-ci : dans 42% des cas, le paroxysme est atteint lors du premier jour ; dans 52% des cas, lors de la première semaine. 21% des éruptions atteignent leur paroxysme lors de la première heure d’éruption.
On ne peut donc attendre qu’une éruption débute pour estimer l’aléa qu’elle va engendrer.
Remarque
Du fait de la spécificité du cadre des éruptions sous-marines (qui par son contexte empêche toute émission dans l’atmosphère), on néglige le volcanisme ayant lieu au niveau des dorsales océaniques dans les études de risque, bien que celui-ci cumule 75% du volume émis annuellement.
Pour terminer, le tableau suivant illustre la fréquence statistique et la surface concernée par les divers aléas associés à une éruption de VEI=4.
Fréquence statistique et surface concernée par les divers aléas associés à une éruption de VEI=4
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