Tous comme les séismes, les éruptions volcaniques restent des événements naturels difficiles à prévoir. Ces manifestations parfois violentes représentent cependant une menace pour de nombreuses populations. Plus de 800 millions de personnes vivraient en effet à proximité directe de ces géants imprévisibles. Or, seuls 30 % des quelque 1 500 volcans actifs sont actuellement correctement caractérisés et surveillés en fonction de leur dangerosité potentielle.

Si le fonctionnement des systèmes volcaniques est désormais de mieux en mieux compris, il faut toutefois souligner que chaque volcan est unique et présente un comportement qui lui est propre. Nos connaissances actuelles sont donc encore très largement fragmentaires et nettement insuffisantes pour garantir une gestion du risque volcanique efficace et adaptée à chaque cas.

Des systèmes volcaniques complexes difficiles à imager

Anticiper l'aléa volcanique repose essentiellement sur la connaissance de la composition du magma, mais aussi sur la compréhension de l'architecture interne de chaque système volcanique et de sa réponse lors d'injections de magma. Des connaissances qui ne peuvent être acquises, en grande part, que par des moyens d'observations indirectes.

Parmi elles, la sismologie joue un rôle central : les ondes sismiques offrent une sorte « d'échographieéchographie » des volcans. Mais la méthode a ses limites : elle explore surtout la partie supérieure des systèmes volcaniques et produit le plus souvent des profils en 2D, loin de refléter la complexité tridimensionnelle des structures.

Capter le murmure discret mais intense du volcan

Des limitations que des chercheurs ont tenté de repousser en mettant en œuvre une approche nouvelle. En 2021, une équipe a en effet profité du réveil du VulcanoVulcano pour « sonder » ce célèbre volcan sicilien.

Grâce à un réseau de 200 stations sismiques portatives réparties sur l'île éponyme, les chercheurs ont pu enregistrer durant un mois les vibrationsvibrations naturelles du sol générées par les mouvementsmouvements de magma et de gazgaz au sein du système volcanique.

Contrairement aux séismes, il s'agit ici plutôt d'un bruit sismique, réparti sur une large gamme de fréquences. Au final, c'est une énorme massemasse de données qui a ainsi été collectée.

Pour la traiter, les chercheurs n'ont eu d'autres choix que de faire appel à une IAIA. Une approche novatrice qui a permis de reconstruire avec une précision inédite la structure interne du Vulcano. « C'est une avancée comparable au passage de l'échographie à l'IRMIRM en médecine », souligne dans un communiqué Matteo Lupi, auteur principal de l'étude publiée dans la revue Nature Communications. Des résultats qui vont d'ailleurs bien au-delà de la simple connaissance scientifique des volcans.

Prédire les éruptions, un défi où l’IA change tout

Car cette méthode ouvre surtout de formidables perspectives dans la prédiction des éruptions. La tomographietomographie nodale sismique assistée par IA pourrait en effet permettre d'analyser (presque) en temps réel l'évolution d'un volcan et d'adapter rapidement les plans d'évacuation.

« Le traitement ultra-rapide de volumesvolumes de données aussi massifs reste un défi technique majeur, mais l'intégration de l'apprentissage automatique et de l'apprentissage profondapprentissage profond, comme le démontre cette étude, révèle que cette perspective devient désormais réalisable », conclut avec enthousiasme Douglas Stumpp, co-auteur de l'étude.