Les appareils de mesure: une prévision mécanique de l'éruption

Quels sont les appareils de mesure sur l'Etna et comment fonctionnent-ils? Nos recherches nous ont apporté des réponses.

• L'inclinomètre mesure l'inclinaison de la pente (photo 1). On peut donc prévoir une activité volcanique en mesurant la pente. C'est-à-dire que si la pente augmente l'inclinomètre le détecte. Ce changement s'effectue avec la remontée du magma qui provoque une pression, et cette pression provoque une déformation de la chambre magmatique

Les inclinomètres de type BLUM sont ceux qui sont le plus souvent utilisés pour les volcans. Ils sont composés d’un pendule horizontal à composée de deux fils et d’une plaque inox. Ils sont équipés d’une fenêtre, de deux photorésistances et d’une source lumineuse. Le rayon lumineux qui passe par la fenêtre de la plaque inox éclaire une partie centrale des deux photorésistances. La suspension du pendule transmet tout mouvement du sol à la plaque inox. En raison des variations importantes de températures au volcan (entre –10°C et + 40 °C) et de la sensibilité de ces instruments aux changements thermiques, le cadre, les fils et le pendule sont en silice car ce matériau possède un coefficient de dilatation thermique très faible. Les fils de suspension ne mesurent qu’une dizaine de microns et sont donc très fragiles mais particulièrement sensibles. Les mesures sont effectuées toutes les minutes et transmises à l’observatoire par voie hertzienne toutes les 5 minutes.

• Le sismomètre détecte les moindres séismes appelés trémors (photo 2). Il est placé en profondeur, et permet d'enregistrer les chocs et les fractures. S'il y a un enregistrement d'un séisme, la remontée du magma confirme qu'il y aura une éruption.

Un sismomètre est composé d'un aimant suspendu sur des ressorts à ses extrémités dans une bobine. Lorsque les ondes sismiques arrivent au sismomètre, la bobine légère et solidaire du sol, suit ces vibrations. L'aimant, par inertie de sa masse et des ressorts, a une vibration propre, qui est beaucoup plus lente que celle de la bobine. Ceci entraîne une variation du champ magnétique dans la bobine et génère un courant induit alternatif. Ce courant, le signal, est amplifié et envoyé a l'Observatoire Volcanologique par voie hertzienne en temps réel. Puis le signal est traité électroniquement, enregistré par ordinateur, et/ou transcrit graphiquement sur papier.

• Le distancemètre permet de mesurer la distance entre les flancs du volcan (photo 3). Lors du gonflement de la chambre magmatique et de la remontée du magma, les distances entre 2 points du volcan peuvent changer de plusieurs centaines de km. Il est donc placé sur les flancs du volcan. Nous avons modélisé ce phénomène dans notre expérience 1.

Le distancemètre émet un rayon infrarouge d'une longueur d'onde de 905 nanomètres successivement vers les prismes réflecteurs installés sur le volcan. Le temps de parcours aller-retour est chronométré. Ainsi on peut déterminer la distance entre émetteur et réflecteur jusqu'à 4 km avec avec une précision de 5 mm.

• Il existe également un nouveau système plus performant et précis, le GPS : Glogal Positioning System qui est un réseau de satellites artificiels et de balises receptrices couvrant l'ensemble de la surface terrestre(photo 4). Grâce à cette nouvelle technologie, les moindres déplacements du volcan ou l'évolution de son cône est visible en temps réel. De plus les mesures sont très précises elles sont en effet de l'ordre du milimètre.

Pour suivre des déformations d'un volcan aussi bien à long terme que lors des intrusions magmatiques, des précisions beaucoup plus poussées sont nécessaires. Pour obtenir des mesures exactes, on utilise le "GPS Différentiel". Ainsi nous sommes en mesure de suivre les mouvements du volcan en temps réel grâce à des GPS permanents ou suivre l'évolution du cône en effectuant les campagnes de mesures régulières.

• Il y a aussi un appareil qui permet d'analyser la composition des gaz. C'est le spectromètre (photo 5). Il existe des gaz moteurs d'une éruption. Un spectromètre d'absorption infrarouge de 10 à 15 km de distance analyse la composition des gaz et enregistre la variation de ces derniers par rapport à la profondeur du magma. En effet lorsque le magma se rapproche de la cheminée la composition des gaz dégagés est modifiée. Par exemple le spectromètre peut constater le dégagement de soufre ou de dioxyde de carbone par le volcan. Ces gaz ne sont pas présents dans le volcan en temps normal.

Le spectromètre est un appareil de mesure capable de décomposer une quantité observée. En spectrométrie de masse, il décompose un mélange de molécules en éléments simples qui constituent son spectre. Il obtient ensuite les masses spécifiques de chaque molécules et définit un spectre de masse. Ce spectre donne la composition chimique des gaz observés dans le cas d'un volcan. Il existe également des spectromètres utilisés en spectrocopie optique qui mesure l'intensité de la lumière et d'autres modèles en accoustique ils convertissent une onde sonore en spectre sonore, mais ils ne sont pas utiles dans le domaine volcanologique.

Les informations obtenues par les instruments de mesure sont envoyées à l'observatoire qui les interprète. Le résultat de l'observatoire est de prédire le moment de l'activité volcanique.