Surveiller l'interaction des éruptions volcaniques avec l'atmosphère est de plus en plus important face au changement climatique.
C'est aux alentours de Noël, l'an passé, que les coulées de lave du volcan Cumbre Vieja se sont enfin interrompues sur l'île espagnole de La Palma, au grand soulagement des habitants, après 85 jours d'éruption ayant provoqué un milliard d'euros de dégâts matériels. Mais le Cumbre Vieja n'est pas le seul volcan à avoir fait la une des médias en 2021. Partout dans le monde, du Kamchatka à la Réunion, en passant par le Guatemala, l'Islande et la Sicile, des volcans sont entrés en éruption, ajoutant à la liste des événements extrêmes qui ont affecté les communautés et les économies.
PUBLICITÉCes événements extrêmes, qu'il s'agisse de feux de forêt, de typhons ou d'inondations, viennent confirmer le rôle du réchauffement climatique dans la fréquence et/ou de la sévérité des aléas naturels. Mais le changement climatique accroît-il également les risques d'éruptions volcaniques ? Peut-on établir un lien entre ces deux phénomènes ? Et, si oui, pourquoi est-ce important ?
Le rapport au climat
Les volcans influent sur le climat, à cause de ce qu'ils injectent dans l'atmosphère lors de leur éruption. En effet, ces éruptions produisent de grandes quantités de gaz, de particules (appelées aérosols), de cendres et de métaux, qui modifient temporairement le climat à l'échelle locale, régionale, voire même mondiale.
« Par le passé, les grandes éruptions volcaniques ont modifié le climat mondial de manière directe tout en renforçant d'autres processus », explique Santiago Arellano, chercheur au sein du département Espace, Terre et Environnement de l'Université de technologie de Chalmers. Il précise que les effets d'une éruption sur le climat varient selon son emplacement et son altitude, mais aussi en fonction de la quantité et de la composition des matières rejetées. Ainsi, les éruptions tropicales auront un impact plus important que celles des latitudes supérieures, car l'air des tropiques voyage plus loin et peut répandre les émissions volcaniques à travers le monde. De même, les éruptions plus fortes ont des effets plus durables, car elles envoient des particules dans la stratosphère, où elles restent pendant longtemps. Aux Philippines, par exemple, l'éruption du mont Pinatubo, en 1991, a envoyé dans l’atmosphère de gigantesques quantités de particules et de gaz, à plus de 20 km de hauteur, qui ont fait le tour de la planète pendant environ trois semaines.
Il serait logique de penser que les explosions de gaz et de lave en fusion réchauffent l'atmosphère, mais la science prouve le contraire. Bien que les éruptions crachent du CO2, qui lui-même contribue au réchauffement de la planète (notons que si tous les volcans de la planète entraient en éruption en même temps, ils ne produiraient qu'un centième du carbone émis par les activités humaines), elles ont surtout un effet de refroidissement sur le climat. « Les incidences des grandes éruptions volcaniques sur notre climat [...] sont dues à l'émission de particules, principalement des cendres fines et des sulfates, qui agissent très efficacement pour disperser le rayonnement solaire », explique Santiago Arellano. « Ces particules d'aérosols sulfatés sont minuscules et brillantes. Elles réfléchissent une partie de la lumière entrante vers l'espace, ce qui entraîne un effet de refroidissement temporaire à la surface de la Terre », déclare Anya Schmidt, professeur de modélisation climatique à l’université LMU de Munich. « Si l'on fait la moyenne à l'échelle de la planète, cet effet de refroidissement peut aller jusqu'à 0,5 °C pour les éruptions les plus importantes, comme celle du mont Pinatubo, et durer plusieurs années. » Les conséquences des événements plus récents restent à voir. « Il nous reste encore à déterminer si l'éruption de 2022 aux Tonga [...] aura un effet notable sur le climat », affirme Arellano.
Éruptions et changement climatique
Les chercheurs se penchent actuellement sur la façon dont le changement climatique peut influencer les éruptions, en examinant les changements au niveau du sol, ainsi que dans les airs.
PUBLICITÉCertaines études soulignent que l'évolution des schémas de la circulation atmosphérique pourrait modifier l'effet de refroidissement des panaches volcaniques. Des recherches menées par l'université de Cambridge et le Met Office démontrent qu'un climat chaud influencera les grosses et petites éruptions de manière différente. « Dans le cas des grandes éruptions comme celle du Pinatubo, qui surviennent généralement une ou deux fois par siècle, le changement climatique fera que les panaches de cendres s'élèveront de plus en plus haut et que les aérosols se propageront plus rapidement autour du globe, amplifiant le phénomène de refroidissement de l’ordre de 15 % par rapport au climat actuel », déclare Anya Schmidt.
« En revanche, pour les éruptions moins importantes comme il s'en produit chaque année, telle que celle du Nabro, en 2011, en Érythrée, un fort réchauffement climatique réduirait de 75 % les effets de refroidissement temporaire » (N.B. : dans le cadre d’un réchauffement de plusieurs degrés). Anya Schmidt souligne que puisque la tropopause, zone de transition entre la basse atmosphère et la stratosphère, devrait augmenter, les panaches volcaniques mettront plus de temps à atteindre cette dernière. En conséquence, les aérosols générés par les éruptions resteront en basse altitude et auront un impact limité, car ils seront rapidement éliminés par les précipitations.
Les scientifiques étudient également la possibilité que le changement climatique influence la fréquence des éruptions volcaniques. « Il y a là un lien intéressant », confirme Santiago Arellano, « car le réchauffement climatique provoque la fonte des glaciers, dont on observe souvent la présence sur les zones volcaniques actives ». Selon Arellano, une fonte massive réduira la pression à la surface de la planète, modifiant les processus de la croûte terrestre et provoquant, par exemple, le contact du magma en fusion avec les aquifères. « Cela pourrait à son tour déclencher une activité volcanique, car tout le système est interconnecté », explique le chercheur. Des études supplémentaires sont toutefois nécessaires, car, comme le souligne Anya Schmidt, entre 1850 et aujourd'hui, rien ne prouve que la fonte des glaciers ait augmenté la fréquence des éruptions.
Les volcans situés en altitude pourraient également être affectés par le changement climatique, notamment si leurs calottes glaciaires fondent, explique Tamsin Mather, professeur de sciences de la Terre à l'université d'Oxford. « Si les calottes glaciaires renferment des structures volcaniques, leur disparition pourrait créer une instabilité et entraîner des événements tels que des glissements de terrain volcaniques. »
Surveiller les émissions volcaniques
Bien que les conséquences du changement climatique sur les volcans restent difficiles à évaluer, surveiller les émissions générées par les éruptions est indispensable pour assurer la qualité de l'air, pour la santé publique et pour les industries telles que l'aviation. Le service de surveillance de l’atmosphère du programme Copernicus (CAMS) observe régulièrement les déplacements et comportements du dioxyde de soufre émis par les éruptions. Dans le cas du volcan Cumbre Vieja, le service CAMS a suivi les panaches de SO2 à travers l'Afrique du Nord, l'Europe et l'Atlantique, jusqu'à la région des Caraïbes, où les aérosols sulfatés ont contribué à une mauvaise qualité de l'air. Le service CAMS a également surveillé les émissions résultant des récentes éruptions de l'Etna en Sicile, de la Soufrière à Saint-Vincent, du Nyiragongo en République Démocratique du Congo et du Raikoke dans les îles Kouriles.
Prévision CAMS de la colonne totale de dioxyde de soufre initialisée à 00 UTC le 19 octobre et valable jusqu'à 12 UTC le même jour. Les prévisions CAMS sont basées sur l'observation par satellite des colonnes totales de SO2 (c.-à-d. le nombre de molécules de SO2 par unité de surface, dans une colonne allant de la surface de la Terre au plus haut de l'atmosphère). Crédit : service de surveillance de l’atmosphère Copernicus/ECMWF.
« Il existe de multiples façons de monitorer les émissions de lave, de gaz, de cendres ou d'aérosols produites par les volcans, mais la précision des informations dépend des propriétés et des types d'émissions », déclare Santiago Arellano, qui a collaboré avec le service CAMS pour fournir des estimations concernant les émissions volcaniques. La télédétection au sol, dans l'air et dans l'espace permet de quantifier le dioxyde de soufre, les satellites peuvent cartographier les cendres volcaniques, tandis que la cartographie au sol et le rayonnement thermique sont utilisés pour suivre le parcours de la lave. « La plupart des techniques utilisées pour surveiller les émissions volcaniques n'ont pas été conçues à cet effet », souligne Arellano. « Ce sont des sous-produits de missions ayant d'autres objectifs, comme la surveillance à l’échelle mondiale de la couche d'ozone. » Les données sont largement utilisées. « Les volcanologues veulent suivre le taux et l'ampleur des émissions de gaz, de lave ou de cendres, afin de déterminer l'état physique du volcan et prévoir son activité. Les météorologues s'intéressent au suivi des panaches volcaniques, pour mieux comprendre les schémas de circulation et l'interaction des volcans avec l'atmosphère », explique le chercheur. « Les climatologues souhaitent savoir où, à quelle hauteur et en quelle quantité certains types de gaz sont émis, afin de quantifier le forçage climatique. Les autorités aéronautiques ont pour but de localiser les panaches de cendres volcaniques, pour alerter les pilotes et éviter les accidents. »
Bien que le service CAMS ne surveille pas les éruptions en elles-mêmes, il fournit des informations sur la concentration de SO2 dans l'atmosphère, basées sur des observations satellitaires en temps quasi réel, et allie ces données à ses prévisions mondiales afin de prévoir la composition et la qualité de l'air sur une période de cinq jours.
Anya Schmidt admet que comprendre comment les volcans et le climat s'influencent mutuellement reste un défi. « Même si certaines boucles de réaction deviennent plus évidentes, le système climatique est complexe et il est crucial de maîtriser toutes les boucles de réaction potentielles dans notre quête de projections climatiques toujours plus précises, tenant compte des éruptions volcaniques. »
