Article | 11/06/2021

L'éruption de mai 2021 du Nyiragongo (République démocratique du Congo) vue par interférométrie radar

10/06/2021

Aurélien Augier

Lycée Camille Guérin, Poitiers

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Suivi d'un volcan actif du Rift Est-africain par interférométrie radar, éruption, risques pour la population de la ville de Goma et du pourtour du lac Kivu.


Interférogramme brut et contexte de l'image

Interférogramme couvrant l'éruption de mai 2021 du volcan Nyiragongo (Rép. dém. Congo)

Figure 1. Interférogramme couvrant l'éruption de mai 2021 du volcan Nyiragongo (Rép. dém. Congo).

Comparaison d'images datant des 19 et 25 mai 2021.


Le Nyiragongo est un volcan situé en République démocratique du Congo, à quelques kilomètres à l'Ouest de la frontière avec le Rwanda et quelques kilomètres au Nord de la ville de Goma et du lac Kivu. Ce stratovolcan se trouve dans la branche Ouest du Rift Est-africain (Rift albertin) soumis à un régime d'extension (cf. Contexte extensif de rifting… de l'article Télédétection et mesure de la déformation liée à divers processus géologiques) et émet des laves très alcalines généralement fluides. Il a la particularité d'héberger dans son cratère un lac de lave quasi-permanent. Il est entré en éruption mi-mai 2021, et a émis une coulée de lave fluide en direction de la ville de Goma.


L'interférométrie radar permet une mesure de la déformation du sol en comparant deux images radar prises à deux dates différentes. En comparant la valeur des phases du signal radar reçu entre les deux dates pour chaque pixel du sol, il est possible d'en déduire la déformation du volcan au cours de l'éruption. Cette comparaison aboutit à une image constituée de “franges” (cycle de couleurs visibles sur l'image) correspondant à une valeur de 2,25 cm de déformation (demi-longueur d'onde du signal radar utilisé) dans l'axe de visée du satellite (LOS). Ce type d'image, bien qu'esthétique, reste difficile à interpréter “à l'œil”, et est souvent analysée par inversion des sources à l'origine de la déformation (cf. Interférométrie radar : principes et utilisation dans la surveillance de la déformation du sol).

Analyse qualitative de l'interférogramme

L'observatoire volcanologique de Goma a publié cet interférogramme sur sa page Facebook le 26 mai 2021, alors que la coulée de lave commençait à atteindre le Nord de la ville de Goma. Cet interférogramme combine deux images prises par les satellites de la constellation Sentinel-1, la première datant du 19 mai et la seconde du 25 mai. Un ombrage du relief a été ajouté pour pouvoir se repérer plus facilement.

On y voit deux motifs de franges concentriques différents.

Le premier motif est constitué de franges larges en direction du Rwanda à l'Est du volcan. Son origine est incertaine : il pourrait être dû à des perturbations atmosphériques, mais aussi à une source profonde telle qu'un réservoir magmatique.

Un second motif de franges très serrées est visible entre le Sud du volcan et le lac Kivu, au niveau de la ville de Goma. L'interférométrie radar ne permet pas de mesurer la déformation sous le lac, mais on peut supposer que le motif de déformation s'y poursuit sur une dizaine de kilomètres. On remarque que les franges tournent de manière opposée de part et d'autres d'un axe Nord/Sud (jaune/rose/bleu à l'Ouest, l'inverse à l'Est) entre le volcan et le lac, ce qui est cohérent avec des mouvements en sens opposés. Ce motif de déformation à franges serrées est compatible avec l'intrusion magmatique à l'origine de l'éruption (cf. Télédétection et mesure de la déformation liée à divers processus géologiques).

Interférogramme annoté couvrant l'éruption de mai 2021 du volcan Nyiragongo (Rép. dém. Congo)

Dans le détail (figures 4 et 5), on constate que la fissure éruptive n'est pas centrée sur l'axe de symétrie du motif de déformation, et qu'elle est très au Nord du motif. Cette géométrie suggère que l'intrusion est partie du Sud et est remontée vers le Nord avant d'atteindre la surface. Par ailleurs, on constate la présence de petits lobes de déformation, qui témoignent soit d'une géométrie complexe du dyke à l'origine de l'éruption, soit de la présence de plusieurs dykes, pouvant aboutir à d'autres points de sortie de lave dans les prochains jours. Enfin, si l'on prolonge la fissure éruptive vers le Sud, ce qui pourrait correspondre à une position approximative du dyke, on constate que ce dyke passe sous Goma et se prolonge dans le lac Kivu.

Détail sur l'interférogramme et position de la coulée au 29 mai 2021

Figure 4. Détail sur l'interférogramme et position de la coulée au 29 mai 2021.

Tracé de la coulée : données Copernicus ; interférogramme : données SARview. L'extension de la ville de Goma est donnée par la couleur rose, correspondant au réseau routier de Goma.


Vue aérienne et position de la coulée au 29 mai 2021

Figure 5. Vue aérienne et position de la coulée au 29 mai 2021.

Tracé de la coulée : données Copernicus ; fond satellite : Google earth.

Un bras de la coulée a atteint le Nord de Goma à cette date.


Cette éruption et la déformation associée ressemblent beaucoup à l'éruption de 2002 (cf., par exemple, L'éruption du Nyiragongo (Congo) en 2002), au cours de laquelle une coulée de lave avait aussi traversé la ville. Les sources à l'origine de la déformation avaient alors été modélisées (cf. Interférométrie radar : principes et utilisation dans la surveillance de la déformation du sol) et correspondraient à deux dykes de grande taille, connectés, l'un profond et l'autre superficiel (figure 6). Le dyke superficiel, alimenté par le dyke le plus profond, s'était ouvert le long d'une fissure éruptive d'une dizaine de kilomètres de long, orientée Nord-Sud, traversant la ville de Goma (figure 7).

Interférogramme radarsat de l'éruption de 2002, et dykes modélisés (en rose) expliquant au mieux la déformation enregistrée en 2002

Figure 6. Interférogramme radarsat de l'éruption de 2002, et dykes modélisés (en rose) expliquant au mieux la déformation enregistrée en 2002.

La fissure éruptive est en vert. Un scénario similaire est envisageable pour l'éruption de 2021.


Modèle conceptuel de l'éruption du Nyiragongo de 2002

Figure 7. Modèle conceptuel de l'éruption du Nyiragongo de 2002.

Le dyke superficiel se serait injecté en connectant le lac de lave et la fissure, permettant le drainage du lac de lave. Le dyke s'est propagé vers le Sud en traversant Goma mais n'a pas atteint le lac Kivu. Un scénario similaire est envisageable pour l'éruption de 2021.


Risques associés à l'éruption

Rappelons qu'un risque se définit ainsi : Risque = Aléa × Vulnérabilité.

Les aléas sont de plusieurs types

La coulée représente un aléa évident, et l'observatoire a recommandé dès le début de l'éruption l'évacuation de certains des quartiers au Nord de Goma (figures 8 et 9). Cependant, la géométrie supposée du dyke fait planer d'autres risques sur la ville. Dans un premier temps, il n'est pas exclu qu'une nouvelle fissure s'ouvre, ou que la fissure actuelle se propage vers le Sud et provoque de nouvelles sorties de lave dans la ville.

Animation montrant l'interférogramme nappé sur la topographie, Nyiragongo (Rép. dém. Congo)

Animation montrant la coulée de lave et des images satellite nappées sur la topographie, Nyiragongo (Rép. dém. Congo)

Figure 9. Animation montrant la coulée de lave et des images satellite nappées sur la topographie, Nyiragongo (Rép. dém. Congo).

La coulée part de plusieurs points sur la fissure, coule le long des lignes de plus grande pente, et a atteint les quartiers au Nord de Goma, à proximité de l'aéroport déjà détruit en 2002.


Dans un second temps, la déformation importante au Sud de Goma est compatible avec une fissure qui pourrait s'ouvrir directement dans le lac Kivu. Ce lac est méromictique, c'est-à-dire que ses eaux ne se mélangent que rarement. Le CO2 dégazé par le volcan sous le lac se dissout dans les eaux profondes, les rendant plus denses, ce qui empêche leur brassage avec les eaux superficielles. Des mesures faites dans les eaux profondes (300 m) montrent que les concentrations en CO2 (et méthane d'origine biologique) sont très élevées. L'ouverture d'une fissure sous le lac (ou même une entrée de la coulée dans le lac) pourrait provoquer une éruption limnique : la chaleur apportée réchaufferait les couches profondes du lac, provoquant leur remontée et donc un dégazage massif de CO2 (puisque celui-ci repasserait à l'état gazeux du fait de la diminution de pression). Cela induirait le brassage des eaux et l'emballement du système. Le CO2 étant plus dense que l'air, il resterait plaqué au sol, ce qui peut aboutir à l'asphyxie des populations à proximité. Un tel dégazage s'est par exemple produit au lac Nyos (Cameroun) en 1986. Cet aléa est à l'origine de l'évacuation de Goma pour l'éruption de 2021.

La vulnérabilité est elle-même de plusieurs ordres

La présence de Goma (agglomération d'environ 1 million d'habitants) est déjà une vulnérabilité évidente, tant pour la population que pour les infrastructures. Par ailleurs, cette ville est très loin du centre politique et économique de la République démocratique du Congo, ce qui a eu pour conséquence de limiter le développement d'infrastructures de service public, sans pour autant limiter sa population : la ville héberge plusieurs bidonvilles, et a accueilli de nombreux réfugiés lors du génocide rwandais en 1994, dans des camps qui sont en partie devenus des quartiers de la ville. L'instabilité politique y demeure forte, et différentes ONG tentent de maintenir ces camps tant bien que mal. Les voies de circulation sont rarement goudronnées, ce qui limite la capacité d'intervention en cas de crise.

L'observatoire lui-même peine à se maintenir. Il dépend principalement de subventions internationales et d'un partenariat avec le Luxembourg qui permet une surveillance et un traitement des données en temps réel par les deux pays. Cependant, la Banque mondiale a suspendu ses subventions en 2020 suite à des suspicions de corruption, empêchant l'observatoire de faire son suivi en temps réel et l'empêchant même de maintenir son site internet [1] ( un nouveau site OVG a émergé le 25 mai 2021 mais sans alimentation des actualités, la communication vers les populations se faisant principalement via la page Facebook de l'observatoire et via des comptes Twitter, pourtant canaux de communication “non officiels”). Cette situation a abouti à une perte de confiance de la population envers l'observatoire, comme en témoignent les commentaires suite à la publication de l'interférogramme du 27 mai (figure 10).

Commentaires sur la page Facebook de l'Observatoire volcanologique de Goma suite à la publication de l'interférogramme

Figure 10. Commentaires sur la page Facebook de l'Observatoire volcanologique de Goma suite à la publication de l'interférogramme.

Ceci témoigne du manque de confiance de la population pour l'OVG, et augmente la vulnérabilité de la population.


En 2002 comme en 2021, il a été décidé d'évacuer la ville. L'organisation de ce type d'évacuation n'est que peu encadrée, ce qui pose des problèmes de relogement, mais aussi de flux de population, qui en sont réduites au système D. Une crise humanitaire est en train de se développer dans cette région, faisant craindre une épidémie de choléra, mais risquant aussi d'amplifier les contaminations en pleine pandémie de COVID-19, la population étant très peu vaccinée (cf. Rapport de situation [2]).

Se pose enfin le problème de l'urbanisation insuffisamment encadrée d'une zone à risque comme Goma. La mémoire de l'éruption de 2002 semble encore présente dans la population (il existe plusieurs mémoriaux qui lui sont dédiés dans la ville) et pourtant, dès 2003, des camps puis des habitations ont été construits directement sur l'ancienne coulée, qui n'est presque plus visible actuellement (figure 11).

Animation montrant l'évolution de l'urbanisme de la ville de Goma (Rép. dém. Congo) entre 2002 et 2020

Figure 11. Animation montrant l'évolution de l'urbanisme de la ville de Goma (Rép. dém. Congo) entre 2002 et 2020.

La coulée de 2002 a traversé la ville et a recouvert une partie des pistes de l'aéroport. Cette piste a été reconstruite entre 2009 et 2016. La coulée de 2021 s'est arrêtée à proximité de l'aéroport. La coulée de 2002 commence à être recouverte d'habitation dès 2003 et est complètement recouverte dès 2006, 4 ans à peine après l'éruption.


Pour finir sur une note positive, les méthodes de télédétection – et plus particulièrement l'interférométrie radar – ont énormément évolué depuis ces 20 dernières années : la réduction du temps de revisite (temps nécessaire pour pouvoir imager une zone à deux dates différentes), l'amélioration de la sensibilité des capteurs, mais aussi la réduction du temps entre l'acquisition d'images et leur distribution, permettent de faire rentrer l'interférométrie radar dans l'arsenal des outils mobilisables pour la surveillance opérationnelle de zones à fort risque géologique. En parallèle de ces évolutions technologiques, on observe un changement de paradigme fort en ce qui concerne la gestion et la mise à disposition des données de télédétection : ainsi, de plus en plus d'agences mettent à disposition les images gratuitement et très rapidement. Ainsi se développe une véritable solidarité dans la communauté des observatoires, permettant d'apporter des données utilisables dans la prise de décisions, même si l'exploitation des données fournies par l'instrumentation au sol s'avère difficile, ou si l'instrumentation elle-même est insuffisante.

Bibliographie, documentation

L'Écho, 23/05/2021. Goma : le volcan n'était plus surveillé faute de financements – consulté de 09/06/2021

ReliefWeb, 05/06/2021. Éruption Volcanique Nyiragongo : Rapport de situation - Goma, RDC – consulté de 09/06/2021

C. Wauthier, V. Cayol, F. Kervyn, N. d'Oreye, 2012. Magma sources involved in the 2002 Nyiragongo eruption, as inferred from an InSAR analysis, J. Geophys. Res.,117, B05411

Observatoire volcanologique de Goma, l'interférogramme initial provient de la page Facebook de L'OVG, le site officiel de l'OVG n'étant pas accessible au moment où les données pour écrire cet article ont été collectées

SARViews-Hazard, 2021. Interférogrammes obtenus sur SARViews (figures 4 et 8), intégrables dans QGIS ou Google earth