Surveillance de longue durée des volcans – Une étude de terrain

La surveillance de l’activité volcanique est une question importante pour limiter les risques naturels.  Récemment, la plupart des problèmes mortels sont survenus sur des volcans à faible énergie et avec une activité modérée, ce qui en fait des lieux touristiques attrayants (par exemple, the l’éruption du Mont Ontake en 2014 au Japon). Pour ces types de volcans, la surveillance implique des mesures multi-physiques sur de vastes réseaux. Les réseaux distribués de capteurs doivent pouvoir être facilement adaptables à la situation du volcan et à l’apparition de nouvelles zones d’activité comme les fumerolles ou les flux de chaleur élevés dans le sol.

L’équipe de Geosciences Rennes, une unité mixte de recherche entre l’Université de Rennes et le CNRS (UMR-6118), mène des expériences de surveillance sur le volcan La Grande Soufrière depuis 15 ans. La Grande Soufrière est située en Guadeloupe, une région française d’outre-mer située dans le sud de la mer des Caraïbes. . 

En réponse à la reprise de l’activité du volcan depuis 2014, le laboratoire Géosciences a décidé d’augmenter sa capacité de surveillance au sommet du dôme de lave en déployant un réseau de capteurs (par exemple, Pt100 dans les fumerolles, géophones sismiques 1D et 3D, thermocouples dans le sol, capteur de pression et Pt100 dans le lac acide bouillant). L’expérience positive de l’équipe avec les séries e.series de Gantner Instruments (e.reader, e.pac, et e.bloxx) l’a amenée à choisir la série Q.series pour développer son nouveau réseau d’acquisition. 

La figure 1 est un synoptique du réseau de base à l’œuvre depuis 2015 : Une  Q.station 101 ainsi que plusieurs modules A108 et A107 répartis sur trois bus RS485. Des éoliennes et des unités photovoltaïques fournissent l’énergie électrique au réseau. Une liaison Wi-Fi longue portée est utilisée pour transmettre les données à l’observatoire du volcan situé à 10 km de là. Une antenne GPS est utilisée pour synchroniser la station Q.station, ce qui est particulièrement crucial car une synchronisation temporelle précise est nécessaire pour corréler les données sismiques acquises avec les géophones connectés aux modules A108. En raison de leur polyvalence, les modules A107 sont utilisés dans les zones les plus actives où des mesures multi-physiques sont effectuées avec des capteurs résistifs, de tension ou de courant. La flexibilité des modules A107 permet à l’IPGP de tester leurs prototypes de capteurs lors de campagnes de mesures.

Les conditions environnementales au sommet du volcan sont très rudes. Les principales difficultés sont les fortes pluies tropicales (8 000 mm par an), les vents violents, les orages et les gaz acides émis par les fumerolles. Malgré ces conditions difficiles, les systèmes de Gantner Instruments restent opérationnels presque tout le temps. Les systèmes sont protégés par une technique de “double boîte”. La première boîte à l’extérieur est utilisée pour protéger contre les fortes pluies et le vent. Les conditions à l’intérieur de ce conteneur correspondent approximativement à IP62, sauf pour les gaz acides présents. Un boîtier Pélican est ensuite placé à l’intérieur de la première boîte, qui contient le système DAQ et protège contre l’humidité et les gaz acides. 

Le laboratoire Géosciences améliore actuellement son réseau d’acquisition en installant plusieurs Q.stations à différents endroits autour du volcan. Cette solution permet de réduire la longueur des lignes RS-485 qui semblent sensibles à la foudre, et permet aussi de maintenir la synchronisation temporelle par GPS qui fournit une base de temps commune pour toutes les données de mesure.

Pour un exemple sur l’utilisation scientifique des données acquises avec la plateforme DAQ de Gantner Instruments, vous pouvez consulter notre récent article concernant “Abrupt changes of hydrothermal activity in a lava dome detected by combined seismic and muon monitoring” disponible en ligne.