MERAPI 2020 : SUIVI DES MODIFICATIONS DE TOPOGRAPHIE DANS LA ZONE SOMMITALE EN PERIODE PRE-ERUPTIVE GRÂCE AUX IMAGES OPTIQUE HAUTE RESOLUTION PLEIADES

Le Mérapi est un stratovolcan andésitique indonésien situé sur l’île de Java, à seulement 25 km au Nord de Yogyakarta, ville de 1.6 millions d’habitants. Son activité se manifeste par des épisodes successifs de croissance et destruction de dôme dans la zone sommitale, pouvant conduire à des nuées ardentes et des lahars, principale cause de mortalité au Mérapi. La dernière éruption du Mérapi remonte au 4 janvier 2021 lorsque du magma a atteint la surface sur l’arête sud-ouest du cratère, suivi d’une activité intrusive avec formation d’un nouveau dôme, de petits effondrements gravitaires et de nuées ardentes de faible portée. Préalablement à cette éruption, de multiples précurseurs indiquaient un regain d’activité du volcan : une augmentation de la sismicité à partir de septembre 2020, des déplacements du flanc ouest atteignant 12 cm/jours avec 10 m de déplacement horizontal au total mises en évidence par les réflecteurs EDM (Electronic Distance Measurements) et l’analyse de la série temporelle des données SAR, une déformation modérée sur la bordure Nord du cratère, et des effondrements gravitaires importants. Le réseau GPS en revanche n’a pas mesuré de déformation significative du fait de la localisation des déplacements dans des zones non instrumentées.  Le 5 novembre, le CVGHM  (Indonesian Geological Agency’s Center for Volcanology and Geologic Hazard Mitigation), a monté le niveau d’alerte à III au vu de l’augmentation de la sismicité et de la déformation du sol. Environ 2000 personnes ont été évacuées dans un rayon de 5 km. La charte internationale ‘Espace et catastrophes majeures’ a été activée le 10 novembre 2020 et la CIEST2 dans la foulée.

L’acquisition d’images optiques tri-stéréo Pléiades datant du 18 novembre 2020 permet d’apporter des données essentielles sur les modifications de topographie de la zone sommital du Mérapi lors de cette crise volcanique. Du fait de la saison humide qui commence fin octobre en Indonésie, cette acquisition présente l’inconvénient d’être assez nuageuse, offrant une visibilité limitée. Néanmoins cette visibilité reste correcte sur la zone sommitale et le flanc ouest du volcan. Les images optiques Pléiades ont une résolution spatiale de 0.7 m et permettent d’obtenir par stéréophotogrammétrie un MNS (Modèle Numérique de Surface) rendant compte de la topographie de la zone imagée avec une résolution de 3 mètres et une précision de l’ordre du mètre. Deux MNS ont été produits avec 2 logiciels différents à des fins de comparaison : ASP (Ames Stereo Pipeline, Shean et al., 2017) et le service en ligne DSM-OPT qui repose sur Micmac (D. Michéa et J.-P. Malet / EOST ; E. Pointal, IPGP, Rupnik, 2017).

La différence entre le MNS du 18 novembre 2020 et un MNS antérieur produit à partir d’images Pléiades tri-stéréo acquises le 9 septembre 2019, permet de constater des modifications significative de la topographie de la zone sommitale du Mérapi entre les deux dates (Figure 1). Les changements majeurs de topographie concernent une zone au niveau du flanc Sud-Ouest, une zone en bordure Nord de cratère et une zone en bordure Sud du plateau dans le cratère. Des coupes permettent de mieux visualiser les modifications topographiques dans ces zones (Figure 2).

Figure 1. MNS différentiel entre le MNS du 18 Novembre 2020 produit par le service DSM-OPT  et le MNS du 9 septembre 2019 obtenu avec ASP. Les lettres correspondent à des zones de variation topographique majeure entre ces deux dates. Pleiades images (©CNES_2019,©CNES_2020), distribution AIRBUS DS, France, all rights reserved. Commercial uses forbidden

La zone sur le flanc Sud-Ouest du volcan présente une variation négative de topographie d’environ 40 m  sur 300 m de long et 150 m de large (zone A), ainsi qu’une variation topographique positive en aval allant jusqu’à environ 40 m aussi (zone B). La perte de topographie correspond à un volume perdu de 1.39 millions de m³. Un profil tracé le long de cette variation de flanc semble indiquer un profil d’équilibre avec une perte de topographie en hauteur compensée par un gain en topographie en contrebas, qui pourrait être une zone d’accumulation. La zone sommitale en bordure Nord (zone C) présente des variations de moindre amplitude avec une augmentation de topographie d’une dizaine de mètres dans le Nord du cratère, correspondant à une déstabilisation du bord du cratère (volume de 0.31 millions de m³).

La zone en bord de plateau au Sud du cratère présente une forte variation topographique négative (zone D): en Septembre 2019, un dôme d’une trentaine de mètres de haut se tenait en bordure de plateau et a disparu en Novembre 2020. Une perte de 0.3 millions de m³ associés au dôme a été mesurée. La disparition du dôme, apparu en 2018, est décrite par Kelfoun, et al., 2021 : elle a été progressive et a débuté le 22 septembre 2019 pour s’achever lors d’une explosion modérée survenue le 21 juin 2020.

Figure 2. MNS différentiel entre le 18/11/2020 et le 09/09/2019 et les coupes associées aux zones de variation topographique (MNS de référence de 2013, MNS du 9 septembre 2019 et MNS du 18 novembre 2020 ). Pleiades images (©CNES_2013,©CNES_2019,©CNES_2020), distribution AIRBUS DS, France, all rights reserved. Commercial uses forbidden

Contacts :

Shan Grémion : Shan.Gremion@univ-smb.fr

Virginie Pinel: Virginie.Pinel@univ-smb.fr

Références bibliographiques :

Kelfoun, K., Santoso, A. B., Latchimy, T., Bontemps, M., Nurdien, I., Beauducel, F., … & Gueugneau, V. (2021). Growth and collapse of the 2018–2019 lava dome of Merapi volcano. Bulletin of Volcanology, 83(2), 1-13.

Rupnik, E., Daakir, M., & Deseilligny, M. P. (2017). MicMac–a free, open-source solution for photogrammetry. Open Geospatial Data, Software and Standards, 2(1), 1-9.

Shean, D. E., Alexandrov, O., Moratto, Z. M., Smith, B. E., Joughin, I. R., Porter, C., & Morin, P. (2016). An automated, open-source pipeline for mass production of digital elevation models (DEMs) from very-high-resolution commercial stereo satellite imagery. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 116, 101-117.

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