A comprehensive, multi-model exploration of flow scenarios for supporting probabilistic hazard assessment of pyroclastic density currents: application at Fuego volcano (Guatemala)
Cette étude présente un cadre multi-modèle complet utilisant TITAN2D et Volcflow pour évaluer les dangers liés aux courants de densité pyroclastiques au volcan Fuego, révélant que si la topographie contrôle principalement les trajectoires d'écoulement, les hypothèses rhéologiques propres à chaque modèle influencent de manière significative les empreintes d'inondation et la mobilité, établissant ainsi une approche transférable pour propager les incertitudes liées aux sources et aux structures dans les évaluations probabilistes des aléas.
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Les volcans qui ne dorment jamais vraiment posent un défi unique aux populations vivant dans leur ombre. Contrairement à un volcan qui entre en éruption une fois puis s'endort pendant des siècles, ces géants persistants produisent des explosions fréquentes et plus petites qui peuvent soudainement se transformer en rivières de gaz brûlants, de cendres et de roches en mouvement rapide. Les scientifiques appellent ces rivières des courants de densité pyroclastiques. Ils sont d'une efficacité terrifiante pour détruire tout sur leur passage, parcourant souvent des dizaines de kilomètres depuis le sommet. Pour les communautés vivant sur les pentes de tels volcans, savoir où ces flux pourraient se diriger est une question de vie ou de mort. Cependant, prédire leur trajectoire est incroyablement difficile car le sol est irrégulier, les flux se comportent de manières complexes et les conditions qui les déclenchent peuvent varier considérablement. Pour prendre des décisions sûres concernant les évacuations ou l'implantation à long terme, les scientifiques ont besoin de plus qu'une simple supposition ; ils ont besoin d'une image claire de toutes les manières possibles dont un flux pourrait se comporter, y compris sa distance de parcours et l'endroit où il pourrait déborder de ses chenaux naturels.
Une équipe de chercheurs a récemment abordé ce problème au volcan Fuego, au Guatemala, une montagne escarpée et active qui a produit des flux dévastateurs par le passé, notamment un événement catastrophique en 2018 qui a coûté la vie à des centaines de personnes. L'équipe ne s'est pas contentée d'un seul programme informatique pour prédire l'avenir. Au lieu de cela, elle a exécuté des milliers de simulations en utilisant deux modèles informatiques différents et largement reconnus qui calculent comment ces flux chauds et lourds se déplacent sur un terrain réel. Ils voulaient voir si les modèles s'accordaient sur l'aspect général, même s'ils divergeaient sur les détails. Pour ce faire, ils ont créé une vaste bibliothèque de scénarios. Ils ont simulé des flux allant de très petits à énormes, durant de quelques secondes à de nombreuses minutes, et ils ont fait varier la « friction » interne des flux pour voir comment cela modifiait leur mouvement. Ils ont lancé ces simulations dans six ravins majeurs qui découpent les pentes du volcan, générant un total de 3 600 scénarios de flux différents.
Les résultats ont révélé une cohérence rassurante dans les grandes lignes. Les deux modèles informatiques étaient d'accord sur les limites extérieures de l'endroit où les flux pourraient potentiellement atteindre. Plus important encore, ils ont tous deux identifié exactement les mêmes points le long des ravins où le relief change de forme de telle sorte qu'il force le flux à déborder de son chenal et à s'étendre sur les terres environnantes. Cela suggère que la forme du paysage est le facteur le plus puissant contrôlant la direction de ces courants dangereux. Si le sol présente un virage brusque ou un aplatissement soudain, le flux débordera probablement, quel que soit le modèle informatique utilisé. Cela donne aux planificateurs d'urgence la confiance nécessaire pour identifier les zones les plus vulnérables en se basant uniquement sur la topographie.
Cependant, les deux modèles racontent des histoires très différentes sur ce qui se passe une fois que le flux déborde. Un modèle a produit des flux longs et étroits, restant étroitement regroupés dans les vallées fluviales pendant une grande partie de leur trajet. L'autre modèle a produit des flux plus courts mais beaucoup plus larges, s'étalant comme une mince feuille sur la terre dès qu'ils quittaient le chenal principal. Cette différence réside dans la manière dont chaque modèle gère la résistance que le sol exerce sur la roche en mouvement. Un modèle suppose qu'à mesure que le flux s'amincit, il ralentit beaucoup plus vite, le maintenant confiné. L'autre suppose que le flux continue de bouger tant que le sol est assez pentu, même si la couche de roche est très mince. Cela signifie que, bien que les deux modèles s'accordent sur l'endroit où un flux pourrait déborder, ils ne sont pas d'accord sur la surface de terre qu'il couvrira une fois ce faisant.
Les chercheurs ont également découvert que la taille du flux importe d'une manière spécifique. Ils ont trouvé un point de transition autour d'un volume de 10 millions de mètres cubes. En dessous de cette taille, les flux avaient tendance à rester dans les chenaux. Au-dessus de cette taille, les flux dans l'un des modèles commençaient à se propager rapidement, se transformant en feuilles minces qui pouvaient couvrir de vastes zones de terre loin du ravin principal. Cette découverte aide à expliquer pourquoi certaines éruptions causent des dommages localisés tandis que d'autres recouvrent des régions entières. De plus, l'équipe a utilisé des outils statistiques avancés pour cartographier précisément quelle combinaison de taille de flux, de vitesse et de durée serait nécessaire pour atteindre des villages spécifiques situés près des berges des rivières. Ils ont découvert que le temps nécessaire pour que le flux commence à se déplacer peut changer le résultat, même pour des localisations situées à dix kilomètres du sommet.
En fin de compte, ce travail ne fournit pas une prédiction unique et parfaite du prochain désastre. Au lieu de cela, il offre un cadre robuste pour comprendre l'étendue des possibilités. En exécutant des milliers de scénarios et en comparant deux manières différentes d'appréhender la physique, les chercheurs ont démontré que, si les détails du comportement d'un flux dépendent des outils utilisés pour le mesurer, les risques fondamentaux sont dictés par la forme du terrain. Cette approche permet aux scientifiques de dépasser les simples suppositions pour tendre vers une compréhension probabiliste plus complète des dangers volcaniques. Pour les communautés vivant sur les pentes de Fuego, cela signifie que les futures cartes de sécurité pourront être construites sur une base qui reconnaît l'incertitude plutôt que de l'ignorer, garantissant que les décisions concernant l'habitat ou l'évacuation soient fondées sur tout le spectre de ce que la montagne pourrait faire.
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