# La télédétection épaule la surveillance de l'éruption de la Soufrière de Saint-Vincent

Marie Boichu, Raphaël Grandin

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Marie Boichu, Raphaël Grandin. La télédétection épaule la surveillance de l'éruption de la Soufrière de Saint-Vincent. La Météorologie, 2021, 114, pp.002. 10.37053/lameteorologie-2021-0078. hal-03443871

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Submitted on 17 Jun 2022

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# La télédétection épaule la surveillance de l'éruption de la Soufrière de Saint-Vincent

Après plus de quarante années de repos, le volcan de la Soufrière, sur l'île de Saint-Vincent, qui se situe au sud de l'arc volcanique de subduction des Petites Antilles à moins de 200 km de l'île de la Martinique, est entré en éruption fin décembre 2020. Sa dernière éruption explosive, qui s'était accompagnée de coulées pyroclastiques, remonte à 1979 et avait conduit à l'évacuation d'environ 20 000 personnes. Son éruption meurtrière du 7 mai 1902, qui avait fait 1 500 victimes, reste dans les mémoires de la population vincentaise. Pourtant, cette éruption est restée relativement méconnue, car elle est survenue un jour seulement avant l'éruption la plus meurtrière du siècle, celle du volcan voisin de la Montagne Pelée, en Martinique. Le 8 mai 1902, des nuées ardentes détruisirent en quelques minutes la ville de Saint-Pierre, emportant la vie de plus de 30 000 personnes.

À partir de décembre 2020, le cratère de la Soufrière est ainsi le théâtre d'une activité effusive associée à la croissance d'un nouveau dôme de lave dans le cratère sommital<fnref n="1" />.

Pour épauler l'Observatoire volcanologique de l'UWI-SRC (University of West Indies – Seismic Research Centre), des acquisitions d'imagerie radar et optique ont été programmées sur demande de l'IPGP (Institut de physique du globe de Paris) et de ses partenaires du CEOS (Committee on Earth Observation Satellites) Volcano Demonstrator. Ces observations ont permis de surveiller la lente croissance du dôme de lave qui ne présentait pas de danger immédiat.

À partir de la fin mars, les signes précurseurs d'une transition vers une activité explosive, en particulier une augmentation de la sismicité, puis un changement de composition des gaz et une accélération de la croissance du dôme, ont alerté les volcanologues en charge de la surveillance. Leur interprétation, pointant vers la forte probabilité d'une éruption explosive imminente, a conduit les autorités à ordonner le 8 avril 2021 au soir l'évacuation préventive de près de 20 000 habitants de la zone rouge la plus à risque<fnref n="2" />.

Le lendemain, le 9 avril 2021, une première éruption explosive a lieu autour de 12 h 45 TU (8 h 45 heure locale), comme en témoignent les observations du satellite géostationnaire Goes-16 qui indiquent des émissions riches en cendres (figure 1a). Les mesures infrasons depuis une station du réseau CTBTO (Comprehensive Test-Ban Treaty Organization), située à 300 km en Guadeloupe (figure 1b), détectent un puissant signal acoustique, après un délai de 20 minutes dû au temps de propagation des ondes dans l'atmosphère. Grâce à la décision d'évacuer, aucune victime n'a été signalée à ce jour, malgré l'intensité de l'éruption, comparable à l'éruption de la montagne Pelée en 1902.

Après une accalmie de 5 heures environ s'ensuit une longue phase explosive paroxysmale, qui émet pendant 10 heures d'affilée un grand volume de cendres et de gaz dans l'atmosphère (figure 1a). Dans les deux jours suivants, de puissantes explosions espacées de quelques heures ont lieu à intervalles réguliers (figure 1b) et s'accompagnent

de coulées pyroclastiques dévastatrices. Le 10 avril, à 14 h 53 TU, l'exploitation des observations stéréo de l'imageur SGLI, à bord du satellite GCOM-C, indique un panache riche en cendres atteignant des altitudes stratosphériques de 18-19 km au-dessus de l'île de Saint-Vincent<fnref n="3" />, en accord avec les observations de l'altitude du panache riche en SO₂ par les instruments Iasi à bord des satellites Metop-A et Metop-B et du lidar embarqué Caliop. Pendant les jours suivants, ce panache volcanique a traversé une grande partie du globe, survolant l'Afrique et le Moyen-Orient, pour atteindre l'Inde au bout de 6 jours (figure 2).

La télédétection depuis l'espace et le sol, combinant imagerie spatiale des déformations de la surface terrestre et observations atmosphériques du panache à l'aide de l'imagerie météorologique satellitaire à haute résolution temporelle et de mesures infrasons collectées en continu depuis la Guadeloupe, a permis de suivre en temps réel l'évolution de l'activité explosive de la Soufrière de Saint-Vincent et de porter assistance à l'Observatoire volcanologique de l'UWI-SRC en charge de la gestion de la crise volcanique.

En effet, au sol, les conditions sont extrêmement difficiles. Les instruments de surveillance de l'activité volcanique

(a)

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(b)

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Figure 1. (a) Composition colorée « cendres » à partir des observations géostationnaires Goes-16/ABI (23 avril 2010, 13 h 20 TU). (b) Enregistrement infrasonde de la station CTBTO de Guadeloupe (distance : 313 km), analysé par le KNMI (Jelle Assink). Voir l'animation des observations du 9 avril 2021 12 h TU au 14 avril 2021 9 h 40 TU dans le supplément électronique associé.

<footnote n="1">1. https://volcano.si.edu/showreport.cfm?doi=10.5479/si.GVP.BGVN202103-360150</footnote>

<footnote n="2">2. https://volcano.si.edu/showreport.cfm?doi=GVP.WVAR20210407-360150</footnote>

<footnote n="3">3. https://www.icare.univ-lille.fr/eruption-of-la-soufriere-volcano-in-saint-vincent-april-9-2021/</footnote>
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Figure 2. Illustration, à partir de la plateforme Aeris/Icare Volcplume, de la dispersion à grande échelle du panache de la Soufrière de Saint-Vincent issue des observations satellitaires S5P/Tropomi de la colonne intégrée en SO₂ (en unités Dobson DU) le 17 avril 2021. Le panache survole des terres équipées de stations photométriques du réseau Aeronet (Aerosol Robotic Network) indiquées par des carrés dont la couleur indique l'épaisseur optique en aérosol (AOD) moyenne sur la journée. Voir l'animation associée de la dispersion du panache du 9 au 17 avril 2021 dans le supplément électronique.

les plus proches du sommet ont été détruits par l'activité explosive, tandis que ceux situés à plus grande distance sont temporairement mis hors service en raison des importantes chutes de cendres. Les retombées de cendres rendent les déplacements dangereux et la visibilité très réduite ; il fait nuit en plein jour dans la zone rouge<fnref n="4" /> et même jusqu'à la Barbade, à 170 km de l'île de Saint-Vincent. À cela s'ajoutent des « orages volcaniques » associés à des arcs électriques dans le panache qui provoquent une coupure électrique générale sur l'île<fnref n="5" />. Il ne reste donc que peu de moyens d'observation sur le terrain pour suivre l'activité volcanique, essentiellement des données

sismologiques, colonne vertébrale du dispositif de surveillance sur le terrain. La télédétection joue alors un rôle crucial pour fournir des informations sur l'évolution de la situation.

En réponse à cette crise, les équipes du pôle de données et de services Aeris/Icare se mobilisent pour fournir en temps quasi réel (+30 minutes) des analyses centrées sur le volcan, à partir d'observations du satellite météorologique Goes-16 en orbite géostationnaire (figure 1a). Ces images, acquises toutes les 10 minutes, permettent de suivre la dynamique de l'éruption au plus près de la source, depuis l'espace.

Côté imagerie optique à haute résolution spatiale, le dispositif Ciest2 du pôle de données et de services ForM@Ter<fnref n="6" /> est déclenché sur demande de l'IPGP le 9 avril à 8 h TU permettant une première acquisition par la constellation Pléiades (Airbus ADS/Cnes) le jour même, à 14 h 40 TU, soit à peine deux heures après la première explosion du volcan. Les premières tentatives d'observation du volcan sont infructueuses, du fait de l'épaisse couverture nuageuse, situation habituelle en conditions insulaires tropicales. Mais la visibilité est surtout entravée par la présence d'un panache éruptif opaque, chargé en cendres, aérosols, gaz et cristaux de glace (figure 3). Une acquisition le 15 avril 2021 permet enfin d'obtenir des observations détaillées de la situation au sommet du volcan (figure 3, droite). Ces images révèlent l'apparition d'un cratère explosif de près de 600 mètres de diamètre et d'une profondeur d'au moins 100 mètres. La haute résolution spatiale de Pléiades permet aussi de discerner des retombées de cendres (ou tephra) d'une épaisseur atteignant plus de 100 mètres, déposées autour du cratère explosif. On distingue également le remplissage des vallées incisant le sommet du volcan, conséquence des coulées pyroclastiques. Cartographier ces dépôts de cendres est essentiel pour évaluer leur potentielle remobilisation par l'arrivée de fortes pluies printanières qui peuvent engendrer des coulées de boue destructrices, également appelées « lahars ».

Quant aux données radar du satellite européen Copernicus Sentinel-1, elles avaient déjà permis de suivre la déformation du sol avant le déclenchement de la crise, par interférométrie radar. La technologie radar va ici trouver une autre utilité. Contrairement à l'image-rie optique de la surface, l'imagerie satellitaire radar n'est jamais empêchée par la présence de particules volcaniques ou météorologiques. Grâce à l'implication de la communauté internationale de scientifiques engagés dans le CEOS Volcano Demonstrator (États-Unis, Royaume-Uni, France), des demandes d'acquisitions en urgence sont adressées aux agences spatiales partenaires (Italie, Allemagne, Espagne,

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Figure 3. (a) Vue du volcan avant l'éruption (Google Earth - Digital Globe 2017). (b) Image radar acquise au paroxysme de l'éruption (© Capella Space Corp, All Rights Reserved). L'encart montre une image optique Pléiades acquise à quelques minutes d'intervalle, indiquant une visibilité nulle. (c) Image Pléiades du 15 avril 2021, fournissant un premier « visuel » de la situation, entre deux nuages, pendant une accalmie. Pléiades © Cnes 2021, Distribution Airbus DS.

<footnote n="4">4. https://twitter.com/Bequian/status/1380881997363621891?s=0</footnote>

<footnote n="5">5. https://twitter.com/NEMOSVG/status/1381122419654541316?</footnote>

<footnote n="6">6. https://www.poleterresolide.fr/eruption-de-la-soufrière-saint-vincent-evaluer-les-aleas-volcaniques-en-temps-reel-grace-a-limagerie-optique-haute-resolution/</footnote>
Japon, Argentine), qui fourniront des images quasi quotidiennes de la morphologie du cratère sommital, avec une résolution allant jusqu'à 50 cm. Les nouveaux opérateurs commerciaux de satellites radar, *Iceye* et *Capella Space*, sont également mis à contribution. Une image de Capella Space acquise pendant le paroxysme de l'éruption, le 10 avril, permet ainsi de visualiser l'apparition d'un cratère béant, en lieu et place de l'ancien dôme (figure 3).

La caractérisation des émissions volcaniques en temps réel est cruciale pour suivre l'évolution de l'activité éruptive et évaluer les aléas, mais aussi pour mieux comprendre les processus volcaniques en action, et ainsi aider l'observatoire UWI-SRC à compléter les recommandations adressées aux représentants locaux du gouvernement. Appréhender la complexité de la source volcanique, et surtout sa forte variabilité temporelle (illustrée par les observations atmosphériques

satellitaires et acoustiques, figure 1), est indispensable pour initialiser de manière fiable les modèles de dispersion des panaches volcaniques dans l'atmosphère. Ces simulations numériques, effectuées en temps réel par les VAAC (Volcanic Ash Advisory Centers), permettent d'adapter le tracé aérien en définissant des zones d'exclusion aérienne. Ces simulations apportent aussi des éléments pour mieux prévoir l'impact du volcanisme sur la qualité de l'air au sol. Comme le montre l'imagerie satellitaire *Goes-16*, d'importantes quantités de cendres sont retombées sur les îles de Sainte-Lucie et de la Barbade sur le chemin le plus emprunté par le panache volcanique et, dans une moindre mesure, sur l'île de la Martinique (figure 1a).

Rassembler un large panel d'observations de télédétection depuis le sol et par satellite est donc essentiel pour permettre un suivi des aléas engendrés localement par les éruptions volcaniques, mais également pour prévoir

leur impact atmosphérique à grande échelle. Cette synergie, nécessaire, est rendue possible par la mise en common des moyens d'observations en temps de crise et d'analyse des données de télédétection en temps quasi réel. La crise de Saint-Vincent permet ainsi de démontrer la nécessité d'une coopération interdisciplinaire des communautés scientifiques de la Terre solide, des surfaces continentales et de l'atmosphère, en relation étroite avec les volcanologues en charge de la surveillance sur le terrain. Cette expérience peut ainsi être envisagée comme une « répétition en conditions réelles », qui pourra être remobilisée dans le cas d'une autre éruption sur un des volcans antillais de la Martinique ou de la Guadeloupe.

Marie Boichu

Laboratoire d'optique atmosphérique,
Université de Lille / CNRS

Raphaël Grandin

Institut de physique du globe de Paris,
Université de Paris

Ces recherches sont le fruit d'une collaboration interdisciplinaire entre l'Institut de physique du globe de Paris, le Laboratoire d'optique atmosphérique (Université de Lille) et le KNMI (Royal Netherlands Meteorological Institute), développée en soutien à la gestion de crise par l'Observatoire volcanologique de Saint-Vincent du UWI-SRC (University of West Indies - Seismic Research Centre). Les pôles de services et de données Aeris, ForM@Ter et Theia ont épaulé les scientifiques en temps de crise, notamment en facilitant l'accès aux données spatiales. Les images Pléiades ont été obtenues grâce au soutien du Cnes, du dispositif Dinamis (https://dinamis.data-terra.org/produits-pleiades/) et du groupe scientifique « Ciest2 » (https://www.poleter-resolide.fr/category/ciest2/). Le projet Ceos « Volcano Demonstrator » (https://ceos.org/ourwork/workinggroups/disasters/volcanoes/) a contribué à coordonner les demandes d'acquisitions radar en réponse à la crise.

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