Eruption au volcan La Palma : VEI 3?

Le cerveau humain (et pas que lui d'ailleurs) est ainsi : pour comprendre une situation, analyser un objet, il fonctionne par comparaisons.

Les éruptions n'échappent pas à la règle et c'est la raison pour laquelle plusieurs tentatives d'élaboration d'outils de comparaison et de classification ont été produites au cours des 100 dernières années. Mais pour toute classification, le même problème se pose : quels critères choisir? Avec, par ailleurs, cette obligation qui fonde l'approche appelée "science" qui vise à comprendre ce qui nous entoure : l'objectivité des critères en question. C'est-à-dire des critères qui ne dépendent pas du tout de l’observateur qui les définit et les utilise.

Et si j'ai choisi de parler de ça maintenant, c'est parce que j'ai participé récemment à un très bref échange, improvisé, à ce sujet sur twitter. Le point de départ était un information de l'INVOLCAN, en charge de la surveillance de l'éruption en cours à La Palma, qui indiquait, le 20 novembre, que "le VEI de l'éruption était passé à 3, en raison de la grande quantité de cendres tombées. Le niveau 3 n'indique pas que l'éruption empire ni qu'elle change de comportement [par "comportement", entendre "intensité", "style", "dynamisme", NDLR]". Décision prise par le comité d’évaluation de la situation, le PEVOLCA (Plan de Emergencias Volcánicas de Canarias).

Et cette phrase, et donc cette décision, interroge, d'où le "?" dans le titre.

Alors qu'est-ce que le V.E.I., puisque c'est cet indicateur qui est utilisé?

 

Deux activités éruptives explosives aux VEI très différents. Images : HNP et AVO, via GVP

Le Volcanic Explosivity Index, a été publié par Newhall et Self en 1982. L'objectif premier est d'avoir à disposition une information (ici un indice (Index)), construite à partir de plusieurs paramètres les plus objectifs possibles, permettant de comparer les éruptions, observées ou non, qui ont eu lieu dans les temps historiques. Le but visé était de pouvoir produire des statistiques sur la fréquence des éruptions, en particulier les plus violentes, celles qui peuvent avoir un impact, local ou plus large, important.

Donc le VEI est créé pour produire des stats, outils d'analyse par excellence des grandes quantités de données. Jusque là, tout parait assez clair, assez simple......et c'est toujours le cas tant qu'on laisse les détails sous le tapis...

Car de facto, la construction du VEI se heurte à une difficulté majeure : puisqu'il faut estimer ce que Newhall et Self nomment entre guillemet "la magnitude * explosive" d'une éruption.....comment faire pour des éruptions qui remontent à plusieurs centaines d'années, qui ont eu lieu dans des zones où les observateurs n'étaient pas nombreux (et pas formés)?  Car on peut toujours analyser sous tous les angles une éruption en cours aujourd'hui, estimer la quantité d'énergie mise en jeu, estimer avec une belle précision la hauteur des panaches de cendres, la surface couverte par les coulées de lave au m² près, le niveau de fragmentation du magma et la morphologie des fragments, la répartition des cendres, lapillis, bombes, et tout ce que l'on souhaite ou presque....mais on n'a accès à quasiment rien après une longue période. Il ne reste que les dépôts plus ou moins érodés et couverts de végétation, parfois des témoignages, directes ou sous forme de récits transmis à l'écrit ou à l'oral et, de facto, certains paramètres doivent être déduits de ces bribes. C'est le cas par exemple de la hauteur d'un panache de cendres, déduite du dépôt qu'il a laissé au sol. La précision en prend forcément un coup.

Par ailleurs puisque plus le temps passe, plus l'érosion fait son œuvre. Au bout d'un certain temps on suppose que le dépôt qui est étudié ne résulte que de la (ou des) phases les plus intenses de l'éruption. C'est un a priori (donc une incertitude) important puisque, pour pouvoir comparer les éruptions anciennes avec les éruptions observées, il ne faut prendre de ces dernières que les paramètres au moment de leur pic (paroxysme, climax etc). Le VEI ne se calcule donc que pour le pic d'une éruption, et non pas pour l'ensemble de cette dernière.  Ce fut le cas récemment pour l'éruption à la Soufriere de Saint Vincent : VEI 0 de décembre à avril (formation d'un dôme de lave, pas d'activité explosive notable). Mais en avril, phase explosive intense : VEI 4. Le VEI est donc une indication du moment le plus intense d'une éruption et ne représente donc pas la durée totale d'une éruption, ni le volume total émis etc...

Ça c'est pour dire que la construction d'un outils de comparaison est d'une extrême complexité mais pour en revenir au VEI, qui est l’outil toujours utilisé actuellement, voilà son mode d'emploi.

Le tableau de construction du VEI. Image: Newhall&Self, 1982

On peut noter plusieurs points dès le départ:

- les auteurs ont rajouté au stylo un accent aigu sur "Nuée Ardente" (ligne "CAVW Max explosivity") et c'est sympa de leur part. Ils étaient pas obligés de respecter l'orthographe d'Alfred Lacroix (géologue Français) qui a donné ce nom à ce phénomène en l'observant lors de l'éruption de 1902 à la Montagne Pelée (Martinique).

- tout en bas du tableau, il est écrit "Criteria are listed in a decreasing order of reliability" (les critères sont listés dans un ordre de fiabilité décroissant"). Les auteurs ont donc parfaitement conscience de l'imprécision de cet outil. D’ailleurs ils concluent leur article par la phrase suivante :"More quantitative descriptions of future eruptions will aid not only in their classification, but also in suggesting the best parameters to search for in the records of past eruptions."("Des descriptions plus quantitatives des éruptions futures vont permettre non seulement leur classification, mais aussi permettre de définir les meilleurs paramètres à extraire des enregistrements [les dépôts NDLR] des éruptions passées"). Il est fondamental je crois de bien noter que c'est par ordre de fiabilité et non par ordre d'importance que ces critères sont listés. Il peut y avoir des critères très importants mais peu fiables, surtout pour les éruptions passées, du fait que la grande marge d'erreur au moment de l'acquisition des données (l'analyse des dépôts anciens par exemple donne des informations globales, assez floues avec des interprétations qui peuvent être sujettes à discussions).

- l’échelle est construite sur un logarithme décimal. Le VEI monte d'un point lorsque le volume émis est 10 fois plus important. Du moins ce n'est vrai que pour les VEI  de 2 et plus. Le VEI 0 va de presque 0 m3 à 10 000 m3 (x10 000 donc), le VEI 1 couvre de 10 000 a 1 000 000 de m3 (x100). L'échelle n'est donc pas régulière. On verra plus loin que c'est probablement ce point qui est la cause de la décision du PEVOLCA...et qui m'interroge.

Le premier critère (description), et donc de l'indication même des auteurs, le plus fiable est la description de l'éruption, qui va de "non explosive" à "très importante", ce dernier critère couvrant 4 ordre de VEI!!! Ils étaient à cours de superlatifs je suppose. Dans les faits, il n'existe pas d'éruption purement non explosive. Même lorsque l'effusion (coulée) ou l'extrusion (dôme) est largement dominante,il y a des gaz sous pression qui s'échappent et donc de la fragmentation, même si ce n'est qu'un tranquille barbotement. Un vrai VEI 0 est donc théorique et pour les moins explosives des éruptions (bouillonnement d'un lac de magma par exemple) le VEI s'approche de 0 mais sans jamais l’atteindre (puisqu’il y a un petit peu de fragmentation). À noter que pour ces phases explosives très très faibles les fragments peuvent, en retombant, se retrouver mélangés et réintégrés dans la roche en fusion et l'on peut ne pas en avoir de trace. C'est typiquement le cas de la surface d'un lac de magma, où l’éclatement des bulles de gaz fragmente la surface, et les fragments retombent dans le lac et s'y remélangent. Le véritable VEI 0, finalement, c'est quand l'éruption cesse : là, ok, plus de fragmentation du tout.

 

L'éruption actuelle au Kilauea est très faiblement explosive, avec du spattering. Image : HVO/USGS

Le second critère (volume of ejectas) est le volume d'éjectas émis (en m3). Et il est essentiel de noter qu'il s'agit du volume d’éjectas, donc les fragments (cendres, lapillis et bombes) produits par l'activité explosive au niveau de l'évent. Le volume de lave non fragmenté par l'activité explosive, grosso modo  les coulées de lave et les dômes de lave, n'est pas pris en compte, raison pour laquelle il s'appelle Indice d'Explosivité Volcanique (et pas d'activité effusive). Les fragments issus de l'émiettement du dôme ou de la coulée (avalanches de blocs, surface et semelle scoriacée des coulées aa par exemple) ne peuvent pas, par définition, être comptabilisés.

Le troisième critère (column height) est l'importance de la colonne de cendres, en kilomètres. Les auteurs indiquent qu'il faut utiliser la hauteur (dimension verticale entre l'altitude de l'évent et le sommet de la colonne de cendres) pour les VEI 0 à 2, mais l'altitude (dimension verticale entre le niveau de la mer et le sommet de la colonne de cendres) pour les VEI 3 à 8. 

L'estimation de la hauteur ou l'altitude (selon les cas) d'un panache de cendres est l'un des critères importants pour l'estimation d'un VEI. Ici l'éruption dans la zone volcanique Michoacan-Guanajuato en 1943, qui a construit le Paricutin. Image : William Foshag, via GVP

Ça peux se comprendre : imaginons une éruption qui produit un panache de 100m de hauteur (donc au-dessus du sommet), mais dans les Andes avec un évent éruptif situé à 4000m d’altitude (par rapport au niveau de la mer). Le sommet du panache atteindrait donc 4100m d'altitude. Si une autre éruption a lieu en même temps ailleurs au niveau de la mer et produit un panache de 4100m de hauteur, alors ce panache atteint aussi 4100m d'altitude, puisque l'évent est au niveau de la mer (hauteur et altitude se confondent alors). On caractérise donc une éruption faible (panache de 100m de haut) et une éruption plus intense (panache de 4100 m de haut) avec un critère "altitude atteinte par le panache" qui est le même dans les deux cas. Raison pour laquelle il vaut mieux utiliser la hauteur que l'altitude pour les éruptions de faible ampleur.

Le quatrième critère ("qualitative description") est très subjectif et j'avoue que je trouve étrange de le mettre à cette position. En fait je trouve étrange d'en avoir fait un critère de classification et en ce qui me concerne (et bien qu'on ne m'ait pas demandé mon avis :) ) je pense que j'aurais fait de cette "qualitative description" une sorte de complément qui permette de préciser le VEI calculé.

Le cinquième critère ("classification") manque effectivement de fiabilité et, je pense, ne peux plus aujourd'hui  être intégré comme critère de classification. Une éruption peut changer de style, passer d'un strombolien intense à des phases vulcaniennes. L'éruption à La Palma est globalement un strombolien soutenu mais il y a des phases clairement phréatomagmatiques (interaction avec de l'eau) par exemple. Et puis, par essence, on ne peux pas utiliser une classification comme critère de classification : c'est forcément rajouter de l'incertitude à quelque chose qui est déjà marqué par une certaine dose d'incertitude. Mettre en route les machines à fumée quand il y a déjà du brouillard, c'est pas ce qu'il y a de mieux quand on essaye d'y voir clair....

Le sixième critère (Duration (in hours) of continuous blast) est un critère très complexe à quantifier. On peut déjà noter que les durées proposées ("moins de 1 heure", "de 1 à 6 heures", "de 6 à 12 heures" et "plus de 12 heures") sont......plutôt arbitraires, mais compréhensibles dans notre façon de représenter l'heure. Par ailleurs déterminer ce critère d' "émission de cendres continues" pour les éruptions passées est une mission pour ainsi dire impossible.... on comprend la sixième position dans la liste. Pour autant, malheureusement, ce critère joue un rôle fondamental dans la compréhension de ce VEI car lorsqu'on combine les entrées "Volume de téphras émis" et "durée" on obtient un taux, plus précisément un débit (volume par unité de temps). Et c'est ce débit qui est la clé de cette classification car on comprend bien qu'un débit faible est l'indication d'une activité de faible ampleur, et inversement. Par exemple, l'éruption de 1943 dans la zone volcanique de Michoacan-Guanajuato (qui a construit le Paricutin) a libéré environ 1.3 km3 en 8 ans. L'éruption qui a eu lieu vers 1257 et a détruit le volcan Samalas a libéré environ 40 km3 en quelques jours : pas le même débit, donc pas le même VEI.

Le septième critère (CAVW [Catalogue of Active Volcanoes of the World, NDLR]) max explosivity)  donne une description de la phénoménologie dominante telle que décrite dans le CAVW édité à l'époque. En fait ce n'est pas tellement un critère mais déjà un complément d'information. On peut noter que le titre de la ligne est "max explosivity"  mais que ça n'empêche pas les VEI 0 d'être notés avec "lava flow" (donc une effusion). Pour rester cohérent les auteurs auraient pu rester sur des éjectas typiques des éruptions à VEI faible (spattering par exemple) plutôt que mettre sur l'accent sur les coulées. L'idée était de porter l'attention au phénomène dominant, seulement certaines éruptions intensément explosives ont aussi été accompagnées d'une effusion très abondante (Tolbachik 2012-2013, catégorisée VEI 4 (!?!), par exemple).

Les huitième et neuvième critères (respectivement "Tropospheric" & "Stratospheric injection") précisent la zone d'impact du panache de cendres (troposphère ou stratosphère) ce qui est un indicateur de l'intensité de l'éruption. Car la tropopause  (limite entre troposphère et stratosphère) est très difficile à franchir et il faut déjà une activité explosive d'une grand ampleur, donc un fort débit, pour cela. On peut noter que les termes choisis ("négligeable", "mineure", "modérée", "substantielle" etc) ne permettent pas d'atteindre l'objectivité, ce qui justifie leur position tout en bas du tableau.

C'est la lecture de ces critères qui fait que la décision du PEVOLCA parait étrange. Dans la déclaration mise en ligne par l'INVOLCAN il est bien précisé que le passage en VEI 3 n'indique pas que l'éruption empire ni que son comportement change ("La erupción pasa a VEI-3, tal y como hace días anunciaron ya nuestros expertos. La gran cantidad de ceniza caída indicaba claramente el paso a este nivel, tras una reevaluación del comité del PEVOLCA. El VEI-3 no indica que la erupción empeore ni que cambie su comportamiento"). Si rien n'empire, c'est que le débit d'émission des téphras, donc le volume éjecté par unité de temps, reste du même ordre de grandeur...alors pourquoi changer le VEI?

En fait il semble, à la lecture de la déclaration (en particulier la partie : "La gran cantidad de ceniza caída"), que la décision du PEVOLCA est basée uniquement sur le volume émis depuis le début de l'éruption. Quand on regarde la ligne "volume" seulement, on est d'accord que plus l'éruption dure longtemps, plus le volume global émis augmente. Peut-être que le volume de cendres/bombes/lapillis a atteint maintenant les 10 millions de m3 nécessaires au VEI 3, mais c'est une accumulation étalée sur un peu plus de 2 mois (environ 1560 heures) : ce n'est pas le même débit que 10 millions de m3 de téphras émis en quelques heures, et qui est la définition d'un VEI 3. 

L'image qui illustrait le tweet d'INVOLCAN le 20 novembre, indiquant le passage en VEI 3. Image : INVOLCAN

 

À titre de comparaison, le VEI 3 a été attribué à l'éruption au Soufriere Hills (1997-2010) alors que les spectaculaires phases paroxysmales qu'on voit à l'Etna sont classées VEI 2.

Alors on peux dire que, malgré ses imperfections, le VEI est un outil intéressant. Il n'est pas simple à manipuler parce que les critères qui le définissent ne sont pas toujours simples à évaluer : à ce titre il mériterait probablement d'être mis à jour. Il ne faut pas oublier que son élaboration a initialement nécessité l'analyse de 8000 éruptions décrites depuis l'an 1500, avec une informatique qui n'était que balbutiante, voyez quel plaisir ça a dû être).

Mais alors peut-être vaut-il mieux attribuer une valeur VEI après la fin de l'éruption concernée et une analyse approfondie de ses paramètres, acquis:

-> soit à partir de leur mesure directe (quand c'est possible)

-> soit par reconstruction (quand c'est possible) à partir des dépôts, pour les éruptions anciennes ou qui n'ont pu être totalement suivies (conditions météo défavorables etc),

plutôt que de le faire en cours d'éruption. Et quand la qualité et/ou la quantité d'informations n'est pas suffisante, mettre simplement une mention du genre : "VEI non définissable".

Peut-être serait-il aussi intéressant que, pour chaque attribution d'un VEI, une note explicative de la démarche et des paramètres utilisés soit produite, avec la bibliographie des études menées sur l'éruption concernée. Cette détermination du VEI peut tout à fait être l'une des données produite dans le cadre de la publication d'un article ou d'une série d'articles analysant une éruption particulière. On verrait, dans la conclusion une note du genre: "sur la base de ces analyses etc...le VEI peut être estimé à X". C'est parfois déjà le cas mais peut-être faut-il que cela se généralise. Car toute démarche scientifique doit, par essence, pouvoir être interrogée en vu de son amélioration et du maintient de son objectivité. Et puis, qui sait, cela pourrait permettre l'élaboration d'un outil de plus grande efficience, un tel outil ne pouvant émerger que d'un consensus.

Car le VEI n'est pas le premier outil de ce genre : il a été préféré à la classification de Tsuya, élaborée en 1955 ou celle de Walker (1973). Et les questions déjà posées auparavant seront à nouveau posées : faut-il construire un outils de comparaison qui prenne en compte aussi l'effusion? De quel volume parle-t-on : les téphras seuls ou les téphras + les gaz? Est-ce le volume Dense Rock Equivalent (DRE**) ou pas qu'il faut utiliser? Faut-il n'utiliser cet outil que pour les éruptions totalement ou partiellement magmatiquse, et pas du tout pour les explosions hydrothermales ou phréatiques?

L'avantage par rapport à 1980 c'est que les outils de mesures se sont multipliés, leur précision a augmenté, le suivi se fait en temps quasi réèl pour pas mal d'entre elles et de nombreuses éruptions ont pu être suivies directement. De facto, contrairement à Newhall & Self qui firent un incroyable  travail de fourmis, obligés d'aller compiler des archives souvent imprécises, pas  forcément complètes, hétérogènes, à base d'observations marquées de subjectivité, les données récoltées au cours des 20-30 dernières années sont plus homogènes, donc plus faciles à comparer, et les volcanologues pourraient peut-être en tirer un VEI v2.0 remis à jour, plus clairement définit, et par là même plus simple d'emploi.

En attendant, peut-être que le VEI 3 sera maintenu pour cette éruption à La Palma, même si son ampleur ressemble plutôt à celle d'un VEI 2. Personnellement, ma "crainte" (ça va pas me couper le sommeil...) en attribuant ainsi un VEI, c'est de faire une erreur et d'affaiblir un outils clairement imparfait et optimisable, mais intéressant et dont l'utilité est essentielle, en terme de communication entre autres.

Sources : C.G.Newhall & S.Self :  "The Volcanic Explosivity Index (VEl): An Estimate of Explosive Magnitude for Historical Volcanism"; INVOLCAN;HVO/USGS; HNP; GVP; 

Merci à Marco Pistolesi, Boris Behncke, Thomas Goldammer et Global Volcanism Program pour ce très bref mais néanmoins très intéressant échange.

* dans leur texte le mot magnitude souhaite décrire vraiment l'ampleur d'une activité explosive. Mais attention, en volcanologie, la magnitude d'une éruption est un paramètre calculé, selon les auteurs, en fonction de la masse ou du volume de téphras éjecté.

** le volume d'un dépôt éruptif est composé du volume des particules et du volume d'air coincé entre les particules. Le volume DRE est calculé en "dégonflant" virtuellement le dépôts, en retirant le volume d'air coincé pour n'avoir que le volume de lave.