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Modélisation et cartographie de l'aléa volcanique de Vulcano (Iles Eoliennes, Italie) par un système d'information géoréférée
KESSELER, Markus
Abstract
En raison de l'incessante croissance des populations et des activités économiques dans les zones soumises aux phénomènes volcaniques, la communauté scientifique et les autorités civiles sont confrontées au problème toujours plus aigu de la prévention des risques dans les territoires adjacents aux volcans actifs. La mise en oeuvre des mesures préventives dépend d'une volonté commune pour laquelle les cartes d'aléa sont une base de travail. La compréhension des phénomènes menaçants, par le biais des études géologiques, permet aujourd'hui de prévoir avec une précision raisonnable la distribution des produits potentiellement émis par un volcan en éruption; le rôle des cartes d'aléa est de rendre compte de ces zones le plus objectivement possible. Dans ce contexte, cette étude se propose d'utiliser un Système d'Information Géoréférée comme outil de modélisation et de cartographie des aléas volcaniques directs de l'île de Vulcano. Trois aléas majeurs ont été définis et hiérarchisés par ordre décroissant de leur fréquence de récurrence dans l'histoire des deux volcans actifs de Vulcano [...]
KESSELER, Markus. Modélisation et cartographie de l'aléa volcanique de Vulcano (Iles
Eoliennes, Italie) par un système d'information géoréférée. In: Aléas naturels et SIG. Genève : Université de Genève, Section des sciences de la Terre, 1995. p. 1-71
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http://archive-ouverte.unige.ch/unige:120008
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Modélisation et cartographie
de l'aléa volcanique de Vulcano (Iles Eoliennes, Italie) par un Système d'information Géoréf érée
par
Markus KESSELER
*
Ce travail a été réalisé dans le cadre du Certificat d'Etudes en Risques Géologiques (CERG)
*CERG- Département de Minéralogie, 13, rue des Maraîchers, CH-1211 Genève 4
Liste des figures et des tableaux ......... III Résumé ... IV Abstract ............................ V
1. Introduction ... 1
1.1. Réflexion sur la prévention volcanique ... 1
1.2. Intérêts et conception des cartes d'aléas ... 2
2. Les Systèmes d'informations Géographiques ... 4
2.1. Définitions et principes ... 4
2 .2. Rôle de la télédétection ... 5
3. Généralités sur Vulcano ... 6
3 .1. Situation géographique et tectonique ... 6
3.2. Morpl1ologies ... 7
3.3. Socio-écono1nie ... 7
4. Définitions des aléas ... 10
4 .1. Activité volcanique passée et présente de La F ossa et de Vulcanello ... 10
4.2. Les aléas directs ... 14
4.3. Les aléas indirects ... 20
4.4. Hypothèses sur l'activité future ... 23
5. Elaboration du SIG de Vulcano ... 25
5 .1. Introdt1ction ... 25
5 .2. Logiciels utilisés ... 25
5.3. Infonnations topographiques ... 27
5.4. Infonnations géologiques ... 28
5.5. Infonnations d'occupation du sol ... 29
6. Modélisations des aléas ... 33
6.1. Les déferlantes pyroclastiques ... 33
6.2. Les coulées de lave ... 35
6.3. Les retombées pyroclastiques ... 38
7. Conclusions ... 41
8. Références ... 44
9. Annexes ... 47
AI: Principales structures morphologiques de l'île de Vulcano ... 49
A II: Carte des valeurs de pente de l'île de Vulcano ... 51
A III: Carte des orientations de pente de l'île de Vulcano ... 53
A IV: Carte géologique de l'île de Vulcano ... 55
A V: Carte des infrastructures de l'île de Vulcano ... 57
A VI: Carte d'occupation du sol de l'île de Vulcano d'après TM 3-4-5-7 ... 59
A VII: Exemple d'images composites couleurs de l'île de Vulcano (satellite Landsat TM) ... 61
A VIII: Carte d'extension des futures déferlantes pyroclastiques ... 63
A IX: Carte d'extension des futures coulées de lave de La F ossa et de Vulcanello ... 65
A X: Carte d'extension des éjectas balistiques selon la taille des pyroclastes ... 6 7 A XI: Carte d'extension des cendres volcaniques selon la direction et la force des vents ... 69
A XII: Carte synthétique des aléas du volcan La Fossa ... 71
Fig. 1: Place des cartes d'aléa dans la prévention volcanique ... 2
Fig. 2: L'île de Vulcano lors de la dernière éruption de 1888-1890 ... 3
Fig. 3: Les différentes composantes d'un SIG ... 4
Fig. 4: Principe de la télédétection satellitaire et domaine spectral des 7 bandes du radiomètre Thematic Mapper ... 5
Fig. 5: Situation géographique de l'île de Vulcano ... 6
Fig. 6: Vue sur le village de Vulcano Porto depuis le flanc nord de LaFossa ... 8
Fig. 7: Morphologies volcaniques de Vulcano ... 9
Fig. 8: Coupe litho-stratigraphique synthétique de La Fossa et de Vulcanello ... 11
Fig. 9: Activité fumerolliem1e de la partie sommitale de La Fossa ... 12
Fig. 10: Exemples de dépôts de déferlantes pyroclastiques basales ... 15
Fig. 11: Exemple d'une coulée de lave ... 17
Fig. 12: Exemples de dépôts de retombées pyroclastiques ... 19
Fig. 13: Les curistes inhalent les gaz fumerolliens qui peuvent contenir des doses importantes de gaz toxiques ... 21
Fig. 14: Exemple d'un panneau de mise en garde du danger des gaz ... 21
Fig. 15: Niche d'arrachement du glissement de terrain d'avril 1989 ... 22
Fig. 16: Organigramme du SIG «l'aléa volcanique de l'île de Vulcano» ... 26
Fig. 17: Exemple de deux types de végétation différente ... 32
Fig. 18: Schéma explicatif du modèle du cône d'énergie ... 33
Fig. 19: Les différentes étapes de la modélisation des déferlantes pyroclastiqt1es ... 36
Fig. 20: Trajectoire parabolique des éjectas balistiques ... 39
Tableau 1: Les différents paramètres utilisés dans les modèles du cône d'énergie ... 34
Tableau II: Fichier des valeurs de friction en fonction de l'inclinaison des pentes ... 37
Tableau III: Caractéristiques des blocs balistiques ... 38
Tableau IV: Calctil de V0 et de Ecin en d'après la distance maximale aux cratères ... 40
En raison de l'incessante croissance des populations et des activités économiques dans les zones soumises aux phénomènes volcaniques, la communauté scientifique et les autorités civiles sont confrontées au problème toujours plus aigu de la prévention des risques dans les territoires adjacents aux volcans actifs. La mise en oeuvre des rp.esures préventives dépend d'une volonté commune pour laquelle les cartes d'aléa sont une base de travail.
La compréhension des phénomènes menaçants, par le biais des études géologiques, permet aujourd'hui de prévoir avec une précision raisonnable la distribution des produits potentiellement émis par un volcan en éruption; le rôle des cartes d'aléa est de rendre compte de ces zones le plus objectivement possible. Dans ce contexte, cette étude se propose d'utiliser un Système d'Information Géoréférée comme outil de modélisation et de cartographie des aléas volcaniques directs de l'île de Vulcano.
Trois aléas majeurs ont été définis et hiérarchisés par ordre décroissant de leur fréquence de récurrence dans l'histoire des deux volcans actifs de Vulcano (La Fossa et Vulcanello). Un modèle analytique de mise en place, visant à déterminer leur extension maximale d'après des hypothèses basés sur des critères géologiques de terrain, a été appliqué à chaque cas. Il s'agit des:
(J) déferlantes pyroclastiques basales: modèle du cône d'énergie, (2) coulées de lave: modèle des paramètres de pente,
(3) retombées pyroclastiques: modèle balistique.
Les plans d'informations élémentaires s'articulent autour de trois thèmes: la topographie, la géologie et l'occupation du sol. Les deux premiers ont été saisi par numérisation manuelle de cartes existantes, puis modifiés et adaptés aux spécificités des modèles. L'occupation du sol est partagée en une carte de couverture naturelle du sol, issue d'une procédure de classification supervisée d'une image satellite, et une carte des infrastructures, dessinée d'après les photos aériennes actualisées par les observations de terrain.
La zonation des aléas met en évidence la précarité de la partie nord de l'île, où l'essentiel des activités socio-économiques se déroule. Le phénomène le plus menaçant est indiscutablement lié aux déferlantes pyroclastiques, issues d'explosion phréatomagmatiques extrêmement dévastatrices et soudaines.
L'utilisation d'un SIG s'avère être une manière efficace d'élaborer une étude d'aléa: en effet, la notion de zonation d'aléa comporte intrinsèquement celle de position géographique, dénominateur commun d'un SIG. La flexibilité de l'outil permet d'intégrer et de paramétrer divers modèles développés en volcanologie, dont les résultats sont rapidement visualisables. La méthode produit, par le biais de moyens logistiques avantageux, des documents de valeur pour la gestion de régions soumises aux risques volcaniques.
As a consequence of unceasing growth of population and economical activities in volcanic areas, scientific community and civil authorities are confronted to the increasing problem of volcanic risk prevention, for which hazard maps represent a basic tool.
The comprehension of hazardous phenomena through geological investigations allows to predict, with a fair precision, the distribution of volcanic products potentially erupted; the purpose of hazard maps is to show these areas in an objective manner. In that frame, our study aims to use a Geographic Information System as a tool for modelling and mapping the direct volcanic hazards of Vulcano island.
Three main hazards have been defined and are listed below in decreasing order of abundance in the history of the two active volcanoes (La Fossa and Vulcanello). According to hypotheses based on geological field criteria, each of them has been modelled in order to determine their maximal extension:
(1) pyroc/astic base surges: energy cone mode!, (2) lava flows: slope parameter mode!,
(3) pyroc/astic falls: ballistic mode!.
Basic information concerns three themes: topography, geology and landuse. The two former ones have been digitised from preexisting maps, modified and adapted to the specific needs of each model. Landuse is split into (1) a natural landcover map derived from a supervised classification of a satellite image and (2) an infrastructure map drawn from aerial photos, actualised by field observations.
The hazard zonation shows the precarity of the northern part of the island, where most of the social and economical activities take place. The most threatening phenomena obviously are the extremely devastating and sudden pyroclastic base surges.
It turns out that GIS methods are an efficient tool in a hazard study: the notion of zonation entails, intrinsically, the idea of geographic position, common denominator of a GIS. The flexibility of the approach allows to integrate and parameterize several models developped in volcanology. The method provides valuable documents for hazard and risk mitigation with the help of reasonable logistic means.
Le volcanisme est certainement l'une des manifestations naturelles les plus spectaculaires qui soient. L'origine volcanique de la majorité des roches de la croûte terrestre atteste du rôle essentiel qu'ont joué les volcans dans l'histoire de la planète.
Sur l'échelle des temps géologiques, l'activité volcanique a créé des terrains fertiles et pittoresques attirant les populations en constante augmentation. Mais à l'échelle des temps humains, les éruptions volcaniques ont souvent affecté négativement les sociétés, rappelant à chaque reprise leur énorme pouvoir destructeur. Sur les quelques 1300 volcans ayant eu une activité recensée durant les derniers 10.000 ans, plus de la moitié ont fait éruption dans les temps historiques, avec une moyenne annuelle d'une cinquantaine d'éruptions (Tilling, 1989).
L'explosion démographique, particulièrement marquée dans les pays en voie de développement déjà densément peuplés, accroît le risque volcanique en concentrant les habitants et les activités économiques dans les zones dangereuses. Ainsi l'on estime qu'environ 400 millions de personnes, soit 10% de la population mondiale, vivent à proximité d'un volcan potentiellement dangereux (Tilling, 1989). Comme l'abandon pur et simple de ces zones n'est pas une solution réaliste, la communauté scientifique et les autorités civiles sont confrontées au problème toujours plus aigu de la prévention volcanique, dont la raison d'être est de limiter l'impact catastrophique des éruptions sur la vie et les biens humains, tout en maximisant les bienfaits du volcanisme.
Par le passé, la grande majorité des recherches volcanologiques a été menée par les géologues, résolument axés sur l'apport académique du phénomène aux Sciences de la Terre. Le degré de connaissance ainsi acquis est devenu considérable, mais rarement «exportable» vers les autres partenaires intervenant dans la gestion du risque volcanique (preneurs de décisions, économistes, sociologues, etc.). Comme la mise en oeuvre de mesures préventives efficaces dépend d'une volonté commune, il s'agit de trouver une base de travail appropriée aux besoins et aux compétences de chacun: les cartes d'aléa en sont une (fig. 1 ).
- - .... - - - - - - - - - - _,_ -
ETUDES VOLCANOLOGIQUES PRIMAIRES
Fig. 1: Place des cartes d'aléas dans la prévention volcanique (J'illing, J 989, modifié). L'aspect de la surveillance volcanique instrumentale n'est pas mentionné, il peut se concevoir en parallèle.
1.2. Intérêts et conceptions des cartes d'aléas
En volcanologie comme dans d'autres géosciences, il est pratiquement impossible de prédire quand un phénomène catastrophique aura lieu. En revanche, sur la base des études géologiques, il est souvent possible de prévoir avec une précision raisonnable où une éruption aura lieu et quelles zones elle affectera. La représentation de ces zones, soit les cartes d'aléas, sont l'outil primaire pour tous les professionnels désireux de gérer les régions soumises à une menace volcanique (élaboration de cartes de risque, d'aménagement du territoire, de plans d'évacuations, etc.). Leur validité fondamentale reposant sur l'objectivité, les cartes doivent être conçues de façon:
(l)-complète: !'-intégralité des-produits vokaniques émis, leur importanGe en-tenues de volume et d'extension géographique, ainsi que les différents phénomènes éruptifs qui les ont engendrés doivent être intégrés. La hiérarchisation des aléas se fait à partir de leur fréquence de récurrence dans l'histoire du volcan.
(2) fiable: la compréhension des phénomènes menaçants doit être suffisante pour prévoir la distribution des nouveaux produits, d'où nécessité d'avoir des hypothèses valables sur la magnitude et le type d'éruption, sur la localisation du futur point d'émission et sur la mobilité des produits éjectés.
(3) adaptable: les techniques de cartographie doivent permettre d'ajuster les cartes à l'évolution d'une crise volcanique (d'après, par exemple, les données livrées par les instruments de surveillance), en un temps minimal et de façon simple.
Au vu de ces trois conditions, la flexibilité de l'approche par les méthodes de Systèmes d'information Géoréférée (SIG) apparaît comme idéale pour leur application à Vulcano, excellent laboratoire naturel en matière de prévention volcanique (fig. 2). Ceci est d'autant plus justifié que passablement d'informations ont été acquises lors des nombreux travaux de terrain qui s'y sont déroulés dans le cadre du département de Minéralogie (travaux de diplôme, travaux pratiques du CERG, etc.). Le but de ce travail est donc de synthétiser les différentes informations existantes et d'en extraire, par le biais d'un SIG, l'évaluation cartographique de l'aléa volcanique.
Fig. 2: L'île de Vulcano lors de la dernière éruption en 1888-1890 (d'après Mercalli & Silves/ri, 1891)
audience de plus en plus large, et du regain d'intérêt pour les problèmes de géographie physique et environnementale. Ce chapitre décrit brièvement l'outil utilisé dans le cadre de ce travail.
2.1. Définitions et principes (Caloz, 1992; Collet, 1992)
Il n'est pas facile de définir de manière satisfaisante la multitude et la diversité des applications SIG. D'une façon très générale, on peut dire que
Un Système d'information Géoréférée est un système informatique d'acquisition, de stockage, de traitement et de présentation de données définies dans un référentiel géograpllique.
Au centre d'un tel système se trouve une base de données dont l'unité élémentaire est un plan d'information, équivalent à une couverture thématique. C'est la superposition de différents plans d'informations (PI) qui mène à la description du monde réel (fig. 3).
OPERATEUR
Système d'informations Géographiques
11IR1
Système+ n
informatique
V
Base de données
OCCUPATION DU SOL GEOLOGIE
TOPOCRAPHIB
A
Fig. 3: J,es dtfférentes composantes d'un SIG
L'ordinateur, par le biais de différents logiciels, permet de saisir et de stocker les données, de les modifier, les adapter ou les actualiser aux besoins de l'utilisateur, mais surtout d'effectuer tout une série d'opérations spatiales dont le "dénominateur commun" est la position géographique.
2.2. La télédétection
Parmi les différentes sources d'informations à disposition, mentionnons la télédétection ou technique d'observation à distance. Elle consiste en l'analyse d'images provenant, entre autres, de satellites porteurs de radiomètres sensibles aux radiations réfléchies ou émises par la surface de la Terre dans les différents domaines spectraux du rayonnement électromagnétique. Les images nous parviennent sous forme d'une maille dont l'unité élémentaire est le pixel, acronyme anglais pour le point-image. Chaque pixel est un petite cellule carrée de taille variable dépendante de la résolution des radiomètres, contenant des valeurs numériques codées généralement en 8 bits, et qui caractérisent les propriétés de la surface terrestre. Un tel format d'information est connue sous le nom de mode raster, par opposition au mode vecteur caractérisant la plupart des données géographiques. Les images satellites utilisées dans ce travail datent de septembre 1989 et proviennent du satellite américain Landsat 5, équipé du radiomètre Thematic Mapper (TM) sensible à 7 bandes spectrales (fig. 4) et d'une résolution au sol de 30 x 30 m par pixel. La combinaison et le traitement judicieux de ces différentes bandes permet de produire des PI supplémentaires, exploitables dans le SIG (chapitre 5).
DOMAINE SPECTRAL BANDES
I bleu-vert
,,
TMl// 1
,, 1 ' ' vert
,, 1 '
,,
1 ' TM2,, '
' rouge
,, ' TM3
,, '
, '
; proche IR
TM4
TM5 moyen IR TM6 IR thermique TM7 moyen IR
Fig. 4: Principes de la télédétection satellitaire et domaine spectral des 7 bandes du radiomètre Thematic Mapper.
3.1. Situation géographique et tectonique
Vulcano est la plus méridionale des îles de l'archipel des Eoliennes (fig. 5). Elle se situe sur la marge sud de la mer Tyrrhénienne à environ 20 km au nord de la Sicile et est séparée de son île voisine, Lipari, par un canal de 800 m de large. La Fossa (l'actuel centre actif de Vulcano) est, avec Stromboli, le seul volcan en activité permanente de l'archipel.
Iles Eoliennes
100 km
Filicudi
Stromboli o
Panarea
0
Q """"
D V
Alicudi Sali na @ Lipari
~
'
20km VULCANO
Fig. 5: Situation géographique de /'île de Vulcano.
Le contexte tectonique des Eoliennes est très complexe et mal connu en raison de la proximité des plaques africaine et européenne. Le modèle le plus largement admis attribue les Eoliennes à un système "d'arc-fosse-bassin marginal" (lié à
l'enfouissement de la plaque ionienne sous la plaque tyrrhénienne) dont elles forment le front volcanique (Barberi & al., 1973; Pichler, 1981).
3.2. Morphologies (annexe 1)
L'île s'étend sur 22 km2 et son point culminant, le Monte Aria, s'élève à 500 m au- dessus du niveau de la mer (soit environ 1500 m au-dessus du fond marin). D'un point de vue morphologique, on remarque quatre unités particulières correspondant aux quatre centres éruptifs qu'a connus l'île (Keller, 1980). On distingue, du plus ancien au plus jeune:
1) Vulcano ancien: cette unité couvre toute la partie sud de l'île et est composée d'un grand stratovolcan trachybasaltique à trachyandésitique formé au Pléistocène, dont les parois externes plongent abruptement vers la mer. Ce stratovolcan est tronqué par une caldéra d'effondrement quasi-horizontale de 9 km2, la Caldeira del Piano, comblée essentiellement de dépôts pyroclastiques (activité intra-caldéra).
2) Le complexe de Lentia: actif lors du Würm terminal (20.000 B.P., Keller, 1980) par l'émission d'épaisses coulées rhyolitiques, ce complexe se trouve au nord-ouest où il forme d'importantes falaises sur le pourtour de l'île.
3) La caldéra de la Fossa (fig. 7a): de dimensions similaires au Piano, elle s'est formée par effondrements successifs découpant le Piano au sud et s'ouvrant sur la mer au nord. En son centre s'érige l'actuel centre éruptif actif, La Fossa, un cône polygénique de 391 m de haut, d'un diamètre de base d'environ 2 km et d'une pente moyenne de 35°. Cet édifice est entaillé au nord par deux cratères adventifs, Forgia Vecchia I et II, formés au XVIIIème siècle (Keller, 1980).
4) Vulcanello (fig. 7b): le plus récent des centres éruptifs est relié au nord de Vulcano par un isthme. Il est apparu sous forme d'une île en 183 av. J.C. par l'épanchement d'une plate-forme trachytique, surmontée par la suite de trois cônes juxtaposés. Selon les documents historiques, diverses éruptions auraient eu lieu au Vlème et au XYième siècle. La connexion avec l'île principale s'est faite par accumulation de sable en 1550 (Pichler, 1981).
3.3. Socio-écono~ie
Vulcano compte environ 500 habitants permanents répartis essentiellement entre le village de Vulcano Porto (fig. 6) et le Piano. Etant donné que la principale ressource de l'île est le tourisme, ce nombre peut atteindre 15. 000 visiteurs par jour en haute
saison. L'île ne connaît pas d'industrie ni d'exploitation agricole importante.
Signalons tout de même la présence d'un petit cheptel (vaches et moutons). L'énergie est produite par une génératrice à carburant et par une station photovoltaïque située sur le Piano. L'essentiel du ravitaillement en eau est assuré par bateaux-citernes venant de Sicile.
Fig. 6: Vue sur le village de Vulcano Porto depuis le flanc nord de La Fossa.
a) La Fossa est un cône polygénique de 391 m de haut quis 'érige au centre de la Caldéra de La Fossa dont on voit les rebords externes.
b) Vulcanello est apparu en 183 av. J. C. sous forme d'une plate-forme de lave. On distingue les trois· cônes juxtaposés historiquement actifs.
Fig. 7: Morphologies volcaniques de l'île de Vulcano.
géologiques.
4.1. Activité volcanique passée et présente de La Fossa et de Vulcanello 1) Activité passée
Sur la base des données géologiques (interprétation stratigraphique et génétique des dépôts, Frazzetta & al., 1983), les 6000 ans d'histoire de La Fossa peuvent être divisés en cycles d'activité séparés par des périodes de repos. Cinq cycles (fig. 8) ont été reconnus, formant environ 7 So/o du matériel total déposé au cours des différentes éruptions. Chaque cycle représente une période éruptive avec un début bien défini (ouverture d'une nouvelle bouche éruptive), suivi d'une évolution selon une phénoménologie caractéristique (transition d'une activité phréatomagmatique à purement magmatique). La reconnaissance de tels cycles est primordiale, puisqu'elle permet de qualifier l'évolution du volcan dans le temps, et servira de base pour l'interprétation de l'activité future. Ainsi, dans le cas de La Fossa, les produits initiaux sont soit des dépôts de déferlantes pyroclastiques basales, soit des brèches d'explosions phréatiques, toutes deux indiquant une forte contribution d'eau dans l'explosion. Au cours d'un cycle, l'interaction avec l'eau baisse progressivement, les dépôts finaux étant alors des coulées de lave ou des dépôts de ponces, à forte contribution magmatique. Bien que la durée de chaque cycle soit mal connue, l'absence de paléosols et de profils d'érosion importants au sein des dépôts laisse supposer une mise en place rapide et plus ou moins continue des produits.
L'intervalle de temps entre les différents cycles est également hypothétique.
Soulignons le fait que le volume de matière éjecté ainsi que l'énergie des éruptions diminue au cours de l'histoire de La Fossa. On note également une évolution magmatique dans les coulées de lave concluant chaque cycle: les coulées plus anciennes sont trachytiques, les plus récentes rhyolitiques. Vulcanello, dont les dépôts sont similaires à ceux des cyc1es primaires de La Fossa, semble avoir la même tendance évolutive.
...
... ~
...
~ t\I
("Il
...
~c:J ~
u
??
Cl)
"""
z
Cl)1:: t\I
;::l
~
Caldéra de La Fossa
1739
1444 784
Vllè siècle 1600 +/- 1000
2200 +/- 1300
4600 +/- 1950
5400 +/- 1300
14000 +/- 6000
Vlè et XVIè siècle
Vlè siècle
126-91 av. J.C.
Retombées pyroclastiques:
~ Bombes en croûte de pain
1~_:.•:3 Brèches de ponces :;:;;.::::
~ • ·•.!·• .. Brèches de scories et/ou
de lithiques Déferlentes pyroclastiques basales:
~ Tuffs colorés (wet-surge)
~ Tuffs foncés ( dry-surge) Coulées de lave:
a) Rhyolites b) Trachytes c) Téphrite Datations:
1739: d'après documents historiques 5400 +/- 1300: K!Ar (années BP)
Fig. 7: Coupe litho-stratigraphique synthétique de La Fossa et de Vulcanello (modifié d'après Frazzetta & al., 1983).
2) Activité présente
Depuis la dernière éruption de 1888-1890 (fig. 2), Vulcano se trouve dans stade fumerollien (fig. 9), preuve que sous l'île se trouve une source de chaleur, en l'occurrence le magma. Les fumerolles, regroupées sur les axes tectoniques majeurs en plusieurs champs fumerolliens (situés sur la plage de Porto di Levante, au large de Gelso, ainsi que sur le flanc externe nord et la partie sommitale de La Fossa), exhalent de nombreux gaz en concentrations variables, dont les majeurs sont: H20, C02, H2S, S02, HCl et HF (Annen, 1992, Barberi & al, 1991).
Fig. 9: Activité fumerollienne de la partie sommitale de La Fossa.
Les mesures de températures des fumerolles indiquent deux systèmes d'alimentation en gaz: d'une part un système à influence phréatique peu profonde (<100°C) pour les fumerolles de la plage, d'autre part un système beaucoup plus profond, d'origine magmatique (> 100°C) pour les fumerolles du cratère. Les températures, le débit et le nombre de fumerolles évoluent au cours des temps: les maximas ont été atteints à deux reprises, avec des températures de 615°C en 1924 et de 725°C en juin 1992.
Depuis, les températures maximales baissent, mais la moyem1e mesurée sw· la totalité d'un champ fumerollien augmente (information obtenue à l'observatoire volcanologique de Vulcano Porto en septembre 1994). La surveillance systématique et multidisciplinaire du volcan dès la fin de années 60 a permis de mettre en évidence une augmentation de l'activité se traduisant par:
1) l'augmentation de la température et du débit moyens des fumerolles du cratère, 2) l'augmentation de la concentration en gaz réducteurs (H2S, CO),
3) l'augmentation de l'émission de C02 dans la zone à la périphérie du cône, 4) l'ouverture et l'évolution de fissures sur La Fossa, avec apparition de nouvelles fumerolles.
Durant cette même période, les études géophysiques ont montré que:
1) la sismicité est restée à un niveau bas et constant, hormis quelques courtes crises liées à de séismes tectoniques régionaux,
2) aucune déformation majeure n'a affecté La Fossa,
3) les températures des gaz sont sujettes à de fortes fluctuations périodiques.
On en déduit que:
1) la réactivation se fait par l'augmentation du flux de gaz magmatiques,
2) la haute température des fumerolles indique que le magma n'est pas loin de la surface (2 à 4 km),
3) aucun mouvement magmatique ne se produit.
Sur Vulcanello, aucun signe d'activité ne se manifeste. Certains dépôts montrent cependant une forte altération fumerollienne, prouvant l'existence d'une activité hydrothermale passée.
Sur la base de ces données, la probabilité d'une éruption imminente semble faible.
Les signes évidents d'activité justifient cependant les efforts d'évaluer les aléas de Vulcano, dont il convient de différencier deux types: d'une part les aléas directs, c'est-à-dire strictement liés à une éruption volcanique future, d'autre part les aléas indirects, induits soit par l'activité permanente mais non-éruptive d'un volcan, soit par des phénomènes secondaires, consécutifs ou pas à une éruption. Bien que seuls les aléas directs soient traités dans le SIG, nous décrivons tout de même les aléas indirects. La hiérarchisation des phénomènes menaçants est déterminée par ordre décroissant de leur abondance dans l'histoire de La Fossa et de Vulcanello.
4.2. Les aléas directs
*
Les déferlantes pyroclastiques basales:Les déferlantes pyroclastiques basales (base-surges) sont generees par des explosions phréatiques ou phréatomagmatiques. Ce sont des écoulements turbulents à basse concentration en pyroclastes, dévalant radialement les flancs d'un volcan à grande vitesse, conséquence de l'énergie cinétique acquise pendant l'effondrement d'une colonne éruptive et de l'accélération sur les pentes du volcan (Sparks,1976).
Lors de l'écoulement, la perte d'énergie par déflation et par friction au sol est importante, causant une rapide sédimentation de la phase solide (W ohletz &
Sheridan, 1979). Généralement chargées en eau, la température des déferlantes est supposée inférieure à 100°, du moins dans les parties distales.
Le pouvoir destructeur des déferlantes pyroclastiques est quasi-abso1u pour tout ce qui se trouve sur le chemin de propagation. De plus, leur haute vitesse (> 1 OO km/h) empêche toute fuite durant la mise en place; seul une évacuation préalable permet la
SUTVle.
Autant sur La Fossa que sur Vulcanello, les produits de déferlantes basales sont de loin prédominants en volume et apparaissent dans tous les cycles éruptifs. Deux types de dépôts ont été reconnus: les dépôts de dry-surges et ceux de wet-surges (la terminologie est volontairement laissée en anglais selon la définition originelle de Sheridan & Wholetz, 1981 ). Les premiers sont des dépôts de cendres grossières foncées, peu consolidés et bien stratifiés (fig. 1 Oa). Les caractéristiques sédimentologiques suggèrent une mise en place par un nuage de vapeur d'eau surchauffée (Frazzetta & al., 1983). Bien que leur épaisseur maximale soit atteinte à la base des cônes, on en retrouve sur tout le pourtour de la caldéra de La Fossa, ainsi que sur les parties septentrionales du Piano. Ceci démontre une grande mobilité et la capacité de dépasser des barrières topographiques relativement importantes.
Les wet-surges consistent en une alternance de niveaux colorés de cendres fines (fig.
1 Ob), exhibant fréquemment des figures sédimentaires syn- ou post-dépositionnelles, une texture vésiculée et une abondance de lapillis accrétionnés suggérant une mise en place par un nuage saturé en vapeur d'eau condensante (Frazzetta & al., 1983).
Leur épaisseur est_maximale en position-proximale-où-ils-forment-de-fortes pentes.
Souvent, ils tapissent les rebords internes des anciens cratères. Dans les rares cas où ils atteignent les murs de la caldéra (par exemple à Lentia), leur épaisseur est extrêmement réduite.
a) Dépôt de dry-surges à l'est de La Fossa. Leur épaisseur maximale dépasse 20m.
b) Dépôt de wet-surges sur le flanc nord de La Fossa.
Fig. 10: Exemple de dépôts de d~ferlantes pyroclastiques basales.
Le contrôle topographique est donc plus intense que dans le cas des dry-surges, ce qui est en accord avec leur densité plus élevée (rapport solide/eau plus grand). Leur extension radiale sera par conséquent plus réduite.
*
Les retombées pyroclastiques (fig. 11):Dans la plupart des éruptions volcaniques, des fragments de lave ou de roche de taille variable (millimétrique à plurimétrique) sont éjectés du cratère et transportés par les mouvements ascendants des gaz de la colonne éruptive. Ces fragments retombent sur le sol par gravité, soit de manière balistique pour les gros pyroclastes (trajectoire parabolique) soit après un transport aérien plus ou moins long pour les pyroclastes fins (distribution dépendante des vents).
Outre le danger lié à l'impact direct des gros fragments sur les personnes et les infrastructures, de grandes quantités de cendres peuvent abondamment recouvrir des régions entières, rendant impossible toute pratique agricole pendant des années.
L'accumulation de cendres peut également provoquer l'écroulement des toits des habitations, rendre inutilisable les voies de communication (aussi bien terrestres qu'aériennes), et réduire fortement la visibilité. Les cendres fines, par leur grand pouvoir d'infiltration, affectent les voies respiratoires jusqu'à l'asphyxie, détruisent les machines et les circuits électroniques, souillent les réserves d'eau potable et bouchent les filtres des systèmes de purification d'air ou d'eau. Lorsqu'ils sont suffisamment chauds, les éjectas peuvent provoquer des incendies. L'étendue et la localisation des régions affectées par des dépôts de retombées pyroclastiques dépendent principalement de l'importance de la colonne, de la direction et de la force des vents. L'aléa est proportionnel à la quantité de matériel éjecté et décroît avec la distance au volcan.
Dans le cas de La Fossa, à l'exception des produits de l'éruption de 1888-1890, relativement peu de dépôts de retombées apparaissent à l'affleurement. Il s'agit généralement de niveaux de lapillis ou de blocs ponceux (taille maximale de 30 cm), d'épaisseur variable (quelques cm à 2 m), malheureusement trop rares pour tracer des isopaques. Ces dépôts sont attribués aux éruptions finales des cycles (phase magmatique). D'autres produits de retombées apparaissent sous la forme de brèches d'explosions et consistent en une accumulation de blocs et de lapillis fo1tement altérés par une activité _fumerollienne passée. -Ces brèches, confinées-aux -parties sommitales de La F ossa, sont issues des explosions phréatiques débouchant le cratère au début d'un cycle éruptif.
a) Proche du cratère, certains blocs mesurent jusqu'à 6 m de diamètre.
b) Sur les flancs du cône, toutes les tailles granulométriques sont représentées.
Fig. 11: Exemples de dépôts de retombées pyroclastiques provenant de la dernière éruption de 1880-1890.
Le caractère atypique de la dernière éruption dans l'histoire de La F ossa mérite une attention toute particulière: en effet, la totalité des dépôts émis sont de type retombées, avec une diversité granulométrique extrême. Proche du cratère, certains blocs mesurent jusqu'à 6 m de diamètre (fig. lla). Au pied du cône on trouve des bombes de 1 m, alors que sur l'isthme les bombes de 50 cm sont fréquentes. Sur les flancs du volcan, de grandes zones sont recouvertes par des clastes de toutes tailles (fig. 11 b ). On retrouve d'importantes accumulations de lapillis et de cendres dans les cuvettes topographiques, notamment sur la plate-forme de Vulcanello.
Les dépôts de retombées originaires de Vulcanello se limitent à l'accumulation (sur une dizaine de mètres d'épaisseur) de bombes scoriacées de type cône strombolien à la base du cratère ancien (le plus à l'est).
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Les coulées de lave (fig. 12):Les coulées de lave exhibent une grande variété de faciès, dépendant essentiellement de leur composition chimique. Celle-ci détermine les propriétés physiques des magmas, telle que la viscosité, facteur intrinsèque essentiel dans la mobilité des laves et qui influe sur l'extension et l'épaisseur des coulées. Leur mise en place étant fortement contrôlée par la topographie, leur chemin d'écoulement est relativement bien prévisible. Grâce à la lenteur de mise en place, les coulées de lave ne sont pas réellement menaçante pour l'homme. En revanche, elles détruisent absolument tout sur leur passage et sont capable de déclencher des incendies à grande échelle.
A Vulcano, bien que très nettement inférieures en volume par rapport aux produits pyroclastiques, les coulées de lave et leur récurrence cyclique sont un aléa sérieux.
Les coulées associées à l'activité de La F ossa varient en composition des trachytes aux rhyolites et sont toutes issues d'une éruption sommitale (Keller, 1980).
L'extension des coulées rhyolitiques, acides donc visqueuses, est strictement limitée au cône du volcan. Des blocs issus de leur importante carapace bréchique peuvent cependant dévaler les pentes en bordure de coulée. Quand aux coulées trachytiques, moins visqueuses, elles atteignent facilement la base du cône et peuvent même s'étaler au-delà.
Les cônes de Vulcancllo, qui reposent comme La Fossa sur des laves téphritiques, n'ont émis qu'une seule coulée de lave (trachytique) d'extension-réduile. - -- - -
Fig. 12: Exemple d'une coulée de lave rhyolitique sur le flanc nord de La Fossa
4.3. Les aléas indirects
*
Les gaz toxiques (fig. 13):L'aléa inhérent aux émissions de gaz est permanent. La toxicité d'un gaz est fonction de sa concentration, du temps d'exposition et de la sensibilité de la personne qui l'inhale (Annen, 1992). Deux normes fixent les taux à ne pas dépasser:
il s'agit respectivement du MAK (de l'allemand Maximalarbeitsplatzkonzentration ), soit la dose limite de gaz tolérés sur les lieux de travail à raison d'une inhalation de 42 heures par semaine, et du PAS (le Permanent Atmospheric Standard) qui fixe le taux maximal que ne devrait dépasser l'atmosphère naturelle (Ullmans Encyclopedia, 1989).
A proximité des fumerolles, les taux du PAS sont constamment dépassés. Certains gaz (dont le H2S, le S02 et le C02) sont bien au-delà du MAK et atteignent même les doses létales aux sorties des fumerolles que les curistes inhalent (fig. 13, p. 20).
Dans le panache du champ sommital où s'aventurent souvent des touristes sans protection, les doses sont également supérieures au MAK ce dont témoignent bon nombre de symptômes (picotement des yeux, irritation des voies respiratoires, etc.).
Les personnes sensibles (notamment les asthmatiques) y courent des risques accrus.
Dans l'atmosphère, la répartition et la concentration des gaz sont conditionnés par la gravité, les vents et les réactions d'oxydation. Il en résulte une dilution rapide avec l'éloignement aux exhalaisons gazeuses. En cas de conditions météorologiques défavorables (absence de vent ou vents orientés vers les zones habitées), l'odeur désagréable du S02 est perceptible, ce qui indique une valeur proche du MAK. Le H2S peut également s'en approcher dangereusement.
D'autres types de gaz, les gaz dits froids (C02 et Rd), diffusent à-travers le sol de la périphérie du cône de La Fossa. Leur densité fait qu'ils sont confinés au sol et s'accumulent dans les dépressions topographiques (caves, puits, etc.), où les doses létales d'environ 20% sont facilement dépassées. En creusant ans le sol, à quelques cm sous la surface les concentrations peuvent même atteindre 100%, c'est-à-dire absence totale d'oxygène. Récemment, les autorités ont décidés d'interdire le camping sur toute l'île en raison du <langer de dormir à même le sol. Si, pour une raison quelconquc-(p. ex. suite à un-glissement de terrain) w1e-grandt=-4uantité de gaz lourds venait à s'échapper du volcan, l'atmosphère du village de Porto serait certainement malsaine pour tout être respirant.
Signalons que les menaces liés aux gaz sont explicitement mentionnés sur des panneaux installés en différents endroits de l'île (fig. 14).
Fig. 13: Les curistes inhalent les gazfumerolliens qui peuvent contenir des doses importantes de volatiles toxiques.
ZONA DHLE fUHAROll - FUMEROll l\RlJ\
FUMEROLLES - FUHAROLEH GCBIH
NON SOST:\RE DO NO r l tNCtR NE Pt. S STA TtUNNEf~
r l::NOMEN:~ {H
fOSSitJl/\° t.r'U!.t,
Fig. 14: Exemple d'un panneau de mise en garde du danger des gaz fumerolliens (sentier de Forgia Vecchia).
*
Les instabilités de terrain:Le cône de La Fossa et ses pentes raides (30-35°) de dépôts bien stratifiés est un lieu extrêmement favorable pour toute sorte de phénomènes d'instabilités. Ainsi en avril 1989, suite à un séisme de magnitude 4.5 localisé au sud de Vulcano, un vaste glissement de terrain s'est produit sur la flanc nord de La F ossa, au-dessus de la baie de Porto di Levante (Barberi & al., 1991) (fig. 15). Dans les parties hautes du volcan, en particulier au-dessus des cratères de F orgia Vecchia, l'altération des roches par les fumerolles favorise la formation de niches d'arrachement. Les parois y sont quasi-verticales, ce qui provoque de nombreuses chutes de blocs sur l'un des sentiers menant au sommet. Ce sentier, protégé par des para-blocs, a d'ailleurs été fermé aux promeneurs en été 1994.
Fig. 15: Niche d'arrachement du glissement de terrain d'avril 1989.
Mentionnons également les instabilités anthropogéniques: en 1991, les autorités ont creusé une piste carrossable dans les tufs du flanc nord à l'occasion de la venue d'un ministre. En l'espace de quelques jours, les pluies onl érodé des chenaux, rendant la piste inutilisable et _ la transformant en véritable -tranchée, déstabilisant ainsi l'équilibre naturel du flanc.
Une conséquence possible d'un glissement majeur qui aboutirait dans la mer serait la formation d'une grande vague d'eau de type tsunami, qui pourrait partiellement inonder le village de Porto, l'isthme et la plate-forme de Vulcanello, et endommager une partie des habitations proches de la mer.
* Les séismes:
La sismicité de Vulcano est caractérisée par un taux d'activité bas et constant, tant en fréquence d'occurrence qu'en énergie (Kesseler, 1992). En revanche, les séismes tectoniques régionaux (originaires de Sicile) sont assez fréquents. Un tel séisme de magnitude importante ( 5 et plus) pourrait provoquer une succession de fracturations, déséquilibrant le système et augmentant la probabilité d'une éruption. De plus, il pourrait déclencher un mouvement de masse comme vu précédemment.
*Les labars:
Le lahar est un terme général pour définir tous les débris volcaniques transportés par l'eau. Aléa majeur sur beaucoup de volcan contenant une grande quantité d'eau, ce phénomène n'est pas très menaçant à Vulcano. Bien que toute la partie périphérique de La Fossa soit une plaine alluviale, l'étude des dépôts montre que les processus sédimentologiques ne sont pas de forte intensité. De violentes pluies peuvent cependant remobiliser une partie des produits pyroclastiques meubles et les acheminer jusque dans les zones habitées du Porto, y provoquant des dégâts mineurs. Après une éventuelle éruption, la quantité de matériel disponible pour charger les écoulements serait évidemment plus importante, augmentant la magnitude du phénomène et sa capacité destructive.
4.4. Hypothèses sur l'activité éruptive future
Sur la base de la reconstitution historique et géologique des émptions de La Fossa et de Vulcanello, les hypothèses suivantes sont émises sur le renouvellement de l'activité éruptive:
1) Dans le cas de La Fossa, la localisation d'une nouvelle bouche éruptive se situera soit sur, soit légèrement au nord de l'actuelle, sur la zone de fracturation du champ fumerollien. Sur Vulcanello, c'est le cratère le plus récent (soit le plus à l'ouest) qui est pris comme origine d'une éruption future.
2) Le type d'activité sera soit explosif (explosions phréatiques, phréatomagmatiques ou magmatiques), soit effusif (écoulements de lave). Une transition de l'un à l'autre est à envisager sérieusement.
3) La nature des produits potentiellement émis sera semblable à ceux du passé:
tufs d'origine phréatomagmatique (de type déferlantes pyroclastiques ), laves plus ou moins différenciées (coulées), bombes, lapillis et cendres d'origine explosive (phréatique ou magmatique).
4) L'énergie de l'éruption et le volume de matériel émis ne dépasseront pas ceux des cycles précédents.
brièvement décrits, sont nommés en MAJUSCULES GRASSES, les modules en MAJUSCULES SIMPLES et les opérations particulières entre «guillemets». Seules les étapes correctives et cosmétiques principales sont mentionnées.
5.1. Introduction
Trois grands thèmes interviennent dans une étude d'aléa et de risque volcanique: la topographie, la géologie et l'occupation du sol (fig. 16). La saisie des informations se faisant à partir de documents très variés, il faut leur attribuer un référentiel géographique commun. Dans ce travail, les coordonnées choisies sont celles de la carte topographique de l'Institut Géographique Militaire italien (IGM). La dimension de l'espace raster choisi est de 250 lignes par 210 colonnes pour une résolution de 30 x 30 m. Pour certaines applications, cette résolution a été augmentée à 5 x 5 m ( 400 lignes par 417 colonnes).
5.2. Logiciels utilisés
Au total, cinq logiciels ont servi à l'élaboration des cartes d'aléas et de risques, chacun pour une application bien spécifique, à savoir la saisie, l'analyse et la représentation des données.
a) la saisie des données: à l'exception des images satellites, l'intégralité des informations a été saisie sur le logiciel PC ARC/INFO (développé par la maison Environmental Systems Research Institute, Inc., USA) qui est, malgré son manque de convivialité, certainement le numéro un en mode vecteur. Parmi les différents modules autour desquels il s'articule, citons ARCEDIT qui est spécifiquement conçu pour la numérisation et l'édition de données à partir d'une table à digitaliser.
Mentionnons encore le STARTER KIT qui permet, entre autres, de créer des topologies pour rendre les données exportables vers d'autres logiciels.
b) l'analyse des données: l'essentiel de la partie analytique ainsi que le traitement des images satellites s'est effectuée sur le logiciel IDRISI, un système d'analyses géographiques et de traitement d'images en mode raster (développé par la Clark University, USA). Il consiste également en une série de modules, regroupés en trois
- - - , \J
u &ique d' Altitude 1
Pl
dérivé!Carte des reliefs
*Observations de terrain
Carte géologique
!>
Markus Kesseler- CERG /UTED-S /UNIGE (septembre 1994)
* Observations de terrain
* Images satellitaires composites
\J
catégories: les CORE MODULES (saisie, stockage et édition des données), les RING MODULES (analyses et opérations spatiales des données, traitement d'images) et les PERIPHERAL MODfilES (conversions du format des données).
Soulignons l'extrême convivialité et les grandes possibilités de ce logiciel très bon marché. IL WIS, autre logiciel de SIG et de Télédétection, a été utilisé lors de la création du Modèle Numérique d' Altitude grâce à la performance de son module d'interpolation entre courbes de niveaux.
c) la représentation des données: l'ultime étape du travail, d'ordre essentiellement esthétique, a été élaboré sur deux logiciels tournant sous Windows: ADOBE PHOTOSHOP pour les retouches finales des images bitmap et COREL DRA W!
pour la cartographie définitive (adjonction de légendes, de titres, etc.).
5.3. Informations topographiques
Les informations topographiques sont indispensables pour la modélisation des phénomènes éruptifs. Elles permettent aussi de visualiser l'espace en 3D ou de créer un support cartographique où les reliefs sont mis en évidence. Enfin, la topographie est utilisée pour les corrections géographiques des images satellitaires.
lère étape: création d'un Modèle Numérique d'Altitude (MNA).
La saisie des informations topographiques s'est faite par numérisation sur ARC/INFO (ARCEDIT) des courbes de niveaux (équidistance de 25 m) de la carte topographique au 1/25.000 de l'Institut Géographique Militaire italien. La carte d'origine étant de qualité assez médiocre, les courbes de niveaux ont été redessinées sur papier calque avant d'être digitalisées. Le fichier vecteur ainsi obtenu a été rastérisé puis interpolé en un MNA (module INTERPOL d'ILWIS). Deux résolutions différentes ont été choisies: 30 x 30 m pour l'intégralité de l'île, 5 x 5 m pour une fenêtre autour de La Fossa.
2ème étape: création de Plan d'Information (PI) dérivés par le module SURFACE dans IDRISI:
a) carte des reliefs (annexe 1):
Au moyen de l'option «hill shading», on obtient une carte d'illumination relative basée sur les gradients de pentes et la position de la source lumineuse. Cette carte d'ombrage permet de mettre en évidence les traits morphologiques principaux de l'île, et est utile pour w1 meilleur effet visuel lors de la projection d'autres PI.
b) carte des pentes (annexe II):
L'option «slope» permet de produire une carte des valeurs de pente (en degrés ou en pour-cent). Les informations qu'elle contient sont indispensables pour la modélisation des phénomènes contrôlés topographiquement, comme la mise en place des coulées de lave. Les valeurs initiales ont été ramenées à 12 classes par le module RECLASS.
c) carte d'orientation des pentes (annexe III):
Avec l'option «aspect», on obtient une carte d'orientation des pentes par rapport au nord (0 à 359°). Les zones sans orientation (pente nulle) ont une valeur de -1. Les autres valeurs ont été reclassées en 12 catégories, par intervalle de 30° (module RECLASS). Ces informations sont également nécessaires pour la modélisation des écoulements de lave: elles empêchent en effet le modèle de faire remonter les coulées dans la topographie.
5.4. Informations géologiques (annexe IV)
Les cartes géologiques sont à la base de toute étude d'aléa volcanique. La nature des différents dépôts permet de rendre compte du type d'activité du volcan, alors que leur distribution spatiale informe sur la magnitude des phénomènes éruptifs et sur le mode de mise en place des produits. Couplées aux diverses connaissances temporelles de l'activité passée (stratigraphie, datations, documents historiques, etc.), les informations issues de la carte géologique permettent d'appliquer le principe fondamental en matière d'aléa volcanique: "le passé est la clé du futur".
Le document de base est la carte géologique au 1/10.000 de Pischler (1981), légèrement modifiée d'après les observations de terrain. Tous les polygones lithologiques ont été numérisés sur ARC/INFO, puis transféré sur IDRISI par POL YGRID et ERDIDRIS.
Etant donné que seuls les dépôts provenant de La Fossa et de Vulcanello nous intéressent, la carte géologique a été simplifiée en regroupant en 4 classes tous les dépôts issus de !~activité anté-Fossa. -- -- - - - -- --
5.5. Informations de couverture du sol (annexe V et VI):
Une carte d'occupation du sol, tant anthropogénique que physique, permet d'estimer l'impact d'une éruption future sur les infrastructures et l'environnement, c'est-à-dire qu'elle intervient lors de l'évaluation du risque. Dans ce travail, deux approches ont permis de saisir l'information:
1) Les infrastructures (annexe V) ont été digitalisées sur ARC/INFO à partir d'une carte touristique revue et complétée par les observations de terrain et les photos aériennes. Plusieurs couvertures ont été considéré, à savoir:
(1) les maisons et terrains attenants (regroupés par la suite en zones habitées), (2) les infrastructures «critiques» (tels que ports, centres de production d'énergie, etc.),
(3) les voies de communication terrestres et maritimes.
2) La carte de couverture du sol (annexe VI), soit la végétation, les roches nues et l'urbain est issue d'une procédure très répandue en télédétection, appelée classification supervisée d'images satellites (Richards, 1986; Collet, 1992; Manuel IDRISI 4.1-User guide, 1992). Dans notre cas, la démarche complète s'est faite en 6 étapes:
1. Création d'images composites couleurs (annexe VII): il s'agit de créer, à partir de la combinaison de 3 bandes spectrales brutes, une nouvelle image appelée image composite vraies ou fausses couleurs (module COMPOSIT d'IDRISI). Plusieurs images composites ont ainsi été créées, en combinant respectivement les bandes TM 1-2-3, TM 1-2-7, TM 2-5-7 et TM 3-4-5. La bande TM 6 (infrarouge thermique d'une résolution de 120 x 120 m) a été écartée d'emblée pour raison d'incompatibilité de résolution.
2. Sélection des bandes spectrales les plus appropriées à la classification: il s'agit de choisir parmi les 6 bandes spectrales celles qui recèlent le plus d'informations complémentaires et non-redondantes, c'est-à-dire celles étant le moins corrélées avec les autres. Ceci se fait au moyen de l'analyse en composante principale (module PCA) qui fournit, dans une première étape, une matrice du co~fficient de corrélation linéaire entre les différentes bandes: les valeurs faibles (mauvaise corrélation) sont favorables pour le choix des bandes à classer. Les bandes retenues sont TM 3-4-5-7.
3. Echantillonage sur une image satellite de sites d'entraînement, c'est-à- dire la mise en commun de groupes de pixels relativement homogènes et dont la nature de la couverture du sol qu'ils représentent est connue (p. ex. forêts, lacs, zones urbaines, etc.). Dans IDRISI, la création des sites d'entraînement s'est faite par digitalisation à l'écran de polygones. L'image de référence est l'image composite des bandes 1-2-3 (vraies couleurs, annexe VII) qui, visuellement, a le meilleur «rendu» de la réalité ce qui facilite la détermination des différentes catégories de couverture du sol. Dans notre cas, 19 sites d'entraînement ont été sélectionnés pour les 8 classes que sont:
(1) forêt dense, (2) forêt,
(3) végétation de type maquis (plantes buissonnantes, épineuses, etc.), (4) végétation de type prairie (herbacées, etc.),
(5) végétation de type rudéral (mélange de 3 et 4, faible densité) (6) dépôts pyroclastiques colorés (type wet-surges),
(7) dépôts pyroclastiques foncés (type dry-surges et retombées), (8) urbain (habitations et terrains attenants).
4. Extraction de la signature spectrale des sites: par le biais du module MAKESIG, on crée des fichiers contenant toutes les informations statistiques relatives aux réponses spectrales des objets échantillonnés (minimum/maximum, moyenne, écart-type, etc.). Chaque fichier peut être visualisé (module EDITSIG) sous forme d'un histogramme de la distribution des valeurs par bandes afin de valider tel ou tel site d'entraînement. Pour être applicable à la classification ultérieure, la distribution doit être la plus unimodale et serrée que possible. On peut également éliminer les valeurs isolées provenant d'erreurs d'échantillonnage au moment de la saisie des sites.
5. Classification à partir des bandes sélectionnées en assignant chaque pixel à l'une des classes définie par les sites d'entraînement. Parmi les trois algorithmes de classification que propose IDRISI, c'est la méthode de la distance minimale (MINDIST) qui a été retenue. Elle calcule l'écart de chaque pixel par rapport à la valeur moyenne des différentes classes, puis l'attribue à la classe se trouvant à distance minimale.
6. Géocorrection de l'image obtenue, afin d'adapter le résultat de la classification aux coordonnées du SIG. En effet, en raison des mécanismes de prises de vue (Caloz, 1992), les images satellites présentent une certaine déformation géométrique par rapport à la réalité. De plus, les systèmes de
référence des images satellites (coordonnées en pixels, nombre de lignes et de colonnes) et du document de référence (carte topographique numérisée) sont différents. La correction s'effectue en sélectionnant sur l'image satellite et sur le document de référence un certain nombre de pixels correspondant à des localisations géographiques identiques, puis de calculer les nouvelles positions et coordonnées de l'intégralité des pixels de l'image à corriger. Cette procédure de rééchanti/lonage se fait par le module RESAMPLE d'IDRISI.
Le résultat de cette classification supervisée se voit sur la Carte de Couverture du Sol (annexe VI). Bien qu'au vu de la grande variabilité de la couverture du sol et des reliefs très marqués, Vulcano ne soit a priori pas un terrain idéal en matière d'imagerie satellitaire, la classification est dans son ensemble très satisfaisante. La bonne connaissance du terrain permet de compenser en partie les imprécisions liés à la faible résolution des images Landsat TM5. Malheureusement, la couverture végétale quasi omniprésente sur l'île limite fortement les renseignements d'ordre géologique. En effet, les roches nues n'apparaissent que sur La Fossa, où leur contraste de couleur et de texture est tellement frappant qu'il se marque très bien dans toutes les bandes spectrales. Il est intéressant de noter que la classification place de l'urbain sur le flanc est de La Fossa, ce qui est évidemment faux. Cette confusion peut s'expliquer par la grande ressemblance spectrale entre les briques utilisées comme toiture des maisons et les dépôts de tufs rougeâtres de La Fossa (fig.
6). Sinon, l'urbain se marque bien, la densité de pixels appartenant à cette classe variant de manière cohérente avec la densité des habitations définies sur la carte des infrastructures. Quand à la couverture végétale, la distinction entre les forêts et les plantes basses est excellente. Il est même possible de distinguer deux types de forêts sur la base de la densité des arbres. Avec toutes les réserves qu'implique mon incompétence en matière botanique, trois types de végétation non-forestière sont déterminés, ce qui se confirme sur le terrain.
6.1. Les déferlantes pyroclastiques (annexe VIII)
*
Description du modèle:Par analogie aux écroulements rocheux (Hsü, 1975, Sheridan, 1979; Malin &
Sheridan, 1983), la mise en place des déferlantes pyroclastiques peut se décrire par le modèle du cône d'énergie (fig. 17).
Colonne éruptive
maximale
1 He
I Hi= tg a (D-di)
1
X' X
D
Fig. 17: Schéma explicatif du modèle du cône d'énergie sur l'exemple de La Fossa.
Comme décrit précédemment, une-déferlante pyroclastique -peut être--générée par l'effondrement d'une colonne éruptive formée de particules pyroclastiques en suspension dans un mélange gazeux. La partie inférieure d'une telle colonne est composée de deux zones distinctes (Sparks & Wilson, 1976): (1) la zone d'éjection des gaz (gas thrust zone) où les particules, entraînées par les gaz éjectés à haute
vitesse, subissent un mouvement ascendant laminaire, et (2) la zone de convection (convective thrust zone) où la colonne s'étale latéralement de manière convective par injection d'air. Entre ces deux zones débute une ligne d'énergie fictive, qui représente la limite au-dessus de laquelle aucun produit en écoulement n'est transporté. L'angle (a) de cette ligne avec le plan horizontal varie avec la charge et la densité des coulées. Pour les déferlantes issues de La Fossa, un angle de 11° est choisi pour les dry-surges (DS) et de 20° pour les wet-surges (WS), valeurs cohérentes avec des calculs effectués sur d'autres déferlantes (Malin & Sheridan, 1983). Le point où la ligne intercepte la topographie sera le point d'extension maximal de la déferlante considérée. Par contre, tout relief topographique situé au- dessous de la ligne n'empêchera pas l'écoulement. La hauteur (He) du cône d'énergie est déterminée par l'addition de l'altitude du volcan (Hr) à la hauteur de la zone d'éjection des gaz (Hg). Le rayon (D) du cône représente l'extension maximale de la coulée à l'altitude 0 m. La relation entre ces trois paramètres est donnée par l'équation:
He=
tg( a) D [m] (1) Dans notre application, la hauteur du cône a d'abord été calculée à partir de l'extension maximale des dépôts, déterminée par les levés géologiques (Modèle I).Dans un deuxième temps, l'extension maximale a été calculée d'après une hauteur de cône fixée (Modèle II).
Tableau I: les différents paramètres utilisés dans les modèles du cône d'énergie:
Modèle I:
Modèle II:
' .. :·:·:::·.:.
Fossa Vulcanello Fossa
Vulcanello
435 190 550 375
D·: m·. WSfDs··: .. , ..
1135/2240 520/980 1510/2830 755/1415
