Un défi scientifique et technique sous le volcan
Les petits séismes enregistrés chaque jour sous Las Cañadas del Teide depuis près de trois semaines ne représentent pas seulement l’un des plus grands défis auxquels la science canarienne ait été confrontée, ils constituent également un défi technique de taille. Ces micro-séismes sont un casse-tête pour les volcanologues, qui tentent de comprendre ce qui se passe à plusieurs kilomètres de profondeur sans pouvoir y jeter un œil, mais aussi pour les sismologues. Leur faible magnitude, leur chevauchement et leur réverbération en cycles qui se prolongent pendant des heures les rendent pratiquement indétectables, ce qui a poussé l’Institut Géographique National (IGN) à chercher des alternatives pour rendre l’analyse à la fois plus rapide et plus précise.
De l’analyse manuelle aux enjambres incontrôlables
« Normalement, nous commençons par une analyse manuelle, celle que nous effectuons habituellement », explique Eduardo Suárez, sismologue à l’IGN et l’un des responsables, ces dernières semaines, de la détection des séismes. Cette méthode est utilisée lorsqu’il se produit peu de tremblements de terre – ou lorsqu’ils sont séparés par une période de silence relativement longue – et qu’il y a du « temps » pour les analyser, car, comme il l’indique, il faut en moyenne entre cinq et dix minutes pour analyser chacun de ces événements. Cependant, la donne change lorsque l’activité s’emballe. « Lorsque nous avons des essaims sismiques comme ceux que nous observons ces jours-ci, la quantité de sismicité augmente et cela nous empêche de suivre le rythme avec les seules méthodes traditionnelles », affirme Suárez.
L’intelligence artificielle à l’épreuve du volcan
C’est alors que les sismologues ont recours à des méthodes automatiques. Et il en existe de toutes sortes : des méthodes traditionnelles d’analyse classique du signal, jusqu’à celles qui entraînent l’intelligence artificielle à détecter des motifs dans les formes d’onde. « Après l’éruption de La Palma, nous avons commencé à tester ces nouvelles méthodes d’IA pour vérifier leur viabilité dans un environnement volcanique comme celui des Canaries », explique Suárez. La méthode utilisée, d’abord appliquée en Californie, a très bien fonctionné aux Canaries. « Les signaux volcano-tectoniques sont très similaires aux séismes qui peuvent se produire sur le continent, car ils ont des motifs très clairs », précise le chercheur.
Le travail de cette intelligence artificielle consistait à réanalyser les formes d’onde enregistrées pendant la période pré-éruptive de La Palma et à les comparer à celles détectées manuellement. « Tous les signaux étaient relativement similaires et concordaient avec ce qui était enregistré dans d’autres contextes géodynamiques », rapporte-t-il. « Nous avons vu qu’elle avait un grand potentiel, puisqu’elle permettait de faire passer le nombre de séismes détectés de 1 400 événements à plus de 7 000 », souligne le chercheur. Cependant, cette méthode, bien que très prometteuse, présentait un handicap : elle ne pouvait pas être utilisée en temps réel. Un obstacle auquel s’ajoutait son inefficacité sur des séismes hybrides aussi petits et de magnitude aussi faible que ceux qui se produisent ces jours-ci dans les entrailles du Teide.
Des séismes si petits qu’ils se confondent avec le bruit
« Les événements que nous observons ces dernières semaines sont très petits, nous ne pouvons pas faire la différence entre le signal proprement dit et le bruit de fond », explique Suárez, qui insiste sur le fait que cela brouille considérablement la vision qu’ils peuvent avoir du phénomène. « Si vous essayez de regarder directement la forme d’onde, il y a des fois où on ne la distingue même pas », insiste-t-il. Cela s’explique par le fait que ces séismes ont « un contenu spectral différent et sont associés à d’autres types de phénomènes, ce qui complique leur analyse ».
Cette situation est un véritable casse-tête pour les chercheurs de l’IGN, qui ne parviennent plus à les détecter individuellement lorsqu’ils utilisent les techniques manuelles. Pour cette raison, l’IGN teste cette fois une nouvelle technique jamais utilisée auparavant à Tenerife en temps réel : l’utilisation de méthodes de corrélation. « Dans ce cas, nous ne comparons pas le signal des séismes avec nos analyses manuelles, mais entre eux », raconte Suárez, qui souligne que son application a entraîné une « amélioration substantielle ». « Elle ne nécessite qu’une supervision des résultats, pas une analyse complète », indique-t-il.
La corrélation, une avancée majeure pour la surveillance en temps réel
Cette technique, issue de chercheurs californiens, a été mise en œuvre la semaine dernière et les résultats sont évidents. Si lors des premiers jours de l’essaim, l’IGN ne pouvait détecter que 900 événements, il est maintenant capable d’en identifier 1 200 sur une même période d’analyse. « C’est très important pour nous car c’est une information que nous avons en temps réel et qui, en cas de migration des séismes ou d’augmentation de l’activité, pourra nous le signaler immédiatement », insiste-t-il. Comme le souligne Suárez, il s’agit d’« un outil très bon pour faire des analyses à la fois basse fréquence et de la microsismicité qui est enregistrée ». Dans ces cas-là, le comptage manuel des séismes devient « insoutenable ».
« Avoir une personne qui consacre beaucoup de temps à l’analyse et au calcul de l’essaim lui-même finit par être épuisant. Nous ne sommes pas efficaces, nous ne pouvons pas faire d’interprétations directes, et c’est une part très importante de notre travail », conclut-il. Cette nouvelle formule de diagnostic des séismes est également efficace pour « réduire le bruit ». Et pas seulement le bruit des propres entrailles du Teide, mais aussi les bruits naturels, comme le vent, le tonnerre ou même la pluie.
Un outil précieux pour détecter le tremor volcanique
Elle serait également très efficace dans le cas où l’un des signes les plus reconnaissables des éruptions se déclencherait : le tremor volcanique. Contrairement aux séismes, le tremor est une vibration continue associée au mouvement du magma dans une cavité très allongée, qui fait résonner ce magma. Il est associé à la remontée du magma, bien que parfois il puisse n’avoir aucun rapport. Ce type de signal si rythmique et continu peut également être provoqué par une dégazage intense, une activité hydrothermale ou une résonance des conduits. Quoi qu’il en soit, grâce à ce type de méthodologie de diagnostic des séismes, « lorsque les signaux sont très continus, nous pouvons analyser le réseau de manière simultanée ».
Les limites de la technique et la clé du succès
Mais la technique n’est pas non plus infaillible. Elle échouerait dans le cas où il faudrait détecter une « migration des séismes », c’est-à-dire un déplacement progressif des séismes vers la surface ou dans le plan. « En migrant, la forme d’onde change aussi, et nous ne pourrions pas constater de similitudes entre certains signaux et d’autres, ce que nous faisons actuellement », indique le chercheur, qui affirme : « elles ne seraient pas cohérentes ». Pour cette raison, et comme le conclut Suárez, le succès de la surveillance sismique du Teide réside dans « l’application de plusieurs méthodologies en même temps » pour pouvoir bien comprendre la myriade de séismes qui émanent des profondeurs du volcan.
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