La péninsule de Reykjanes au bord sud-ouest de l'Islande est l'une des régions les plus peuplées du pays, et c'est aussi l'une des plus actifs volcaniquement. En 2024, la technologie de détection développée à Caltech a été déployée dans la région pour étudier le mouvement du magma souterrain et son éruption en lave à la surface.
En utilisant les données de la technologie, appelée détection acoustique distribuée (DAS), les chercheurs ont développé une méthode pour fournir des avertissements jusqu'à 30 minutes avant les éruptions de lave. L'étude montre que le DAS peut être un outil utile pour étudier l'activité volcanique et fournir des avertissements précoces au public.
La recherche a été menée au laboratoire de Zhongwen Zhan (Ph.D. '13), professeur de géophysique et président de Clarence R. Allen et directeur du Caltech Seismological Laboratory. Un article décrivant l'étude a été publié dans la revue Science le 24 avril.
Depuis novembre 2023, la péninsule de Reykjanes a connu huit éruptions de lave, dont certaines étaient suffisamment grandes pour menacer des villes. Alors que l'Islande elle-même est relativement active volcaniquement, les chercheurs théorisent que ce domaine particulier peut entrer dans une période d'une activité accrue.
Pour étudier cela, Zhan et son équipe ont développé une collaboration avec les scientifiques islandais et la société de télécommunications Ljósleidarinn pour déployer les capteurs DAS dans la péninsule pendant un an dans le but de mieux caractériser l'activité volcanique et de développer un système d'erreur de début d'éruption.
« Le déploiement a été extrêmement rapide », explique Jiaxuan Li, le premier auteur de l'étude et ancien chercheur postdoctoral à Caltech qui est maintenant professeur adjoint à l'Université de Houston. « Nous avons pu installer notre système sur un câble de fibres de 100 kilomètres de long dans les 10 jours après un événement d'intrusion de magma substantiel le 10 novembre 2023. Environ un mois plus tard, nous avons enregistré la première éruption avec notre système. Il s'agissait d'une collaboration internationale majeure avec un impact réel. »
DAS travaille en pointant des lasers dans des câbles en fibre optique souterrains inutilisés (comme ceux qui fournissent Internet). Au fur et à mesure que les vibrations passent par le câble, qu'elles proviennent d'un tremblement de terre ou des rumeurs de la circulation, la lumière laser subit un changement de phase. La mesure du changement de phase dans cette lumière laser donne aux chercheurs des informations sur les vagues de passage, ce qui fait un câble de 100 kilomètres équivalent à une ligne de milliers de capteurs sismiques conventionnels.
L'activité volcanique provoque également des déformations souterraines: le sol s'étend et se comprime lorsque le magma pousse vers le haut des chambres souterraines peu profondes, où elle construit parfois suffisamment de pression pour éclater à la surface à travers des fissures appelées digues. Les DAS peuvent mesurer avec précision le mouvement souterrain de l'ordre des millimètres en temps réel, une résolution beaucoup plus élevée que l'imagerie GPS ou satellite.
Au cours de l'année de l'étude, le DAS a collecté des données sur l'activité volcanique souterraine, surveillant comment la Terre s'étend en temps réel à mesure que le magma se déplace. À partir de ces données, l'équipe a développé un système préliminaire d'alerte préalable qui a donné au public entre 30 minutes et plusieurs heures d'avis avant une éruption, selon la nature de l'intrusion du magma.
Le sismologue Vala Hjörleifsdóttir de l'Université de Reykjavik, co-auteur de l'étude, avait travaillé en Islande pour concevoir une méthode d'alerte de début d'éruption. En particulier, un site d'éruption actif près de la ville de Grindavik constituait une menace pour les plusieurs milliers d'habitants de la ville. Lorsque l'équipe Caltech a mis en place les capteurs DAS, Hjörleifsdóttir a collaboré avec eux pour identifier les signaux dans les données indiquant qu'une éruption allait arriver.
« Un jour, en août 2024, nous étions en réunion de groupe à Caltech et mon téléphone a commencé à partir avec l'alerte précoce », explique Li. « Vingt-six minutes plus tard, Vala nous a envoyé un courriel que l'éruption s'était réellement produite et qu'ils avaient envoyé un avertissement d'évacuation. »
« Il s'agit du système volcanique le plus actif d'Islande », explique Zhan. « En plus de la nécessité de fournir des avertissements préalables avant une éruption, le projet est scientifiquement intéressant parce que nous avons vu plus d'événements d'intrusion de magma là-bas que nous ne le pensions à l'origine – des ines qui ne remontent pas à la surface.
« Il y a beaucoup plus de travail à faire, et tous les volcans sont différents, mais DAS nous offre une nouvelle capacité à voir des choses que nous ne pouvions pas auparavant. Notre projet est également un excellent exemple de la puissance de la collaboration internationale. »
