Fontaines de lave, bouffées de gaz toxiques, panaches acides d'eau de mer vaporisée et couvertures de cendres :ce ne sont là que quelques-uns des dangers que les volcans ont livrés ces dernières semaines, avec le volcan Fuego du Guatemala et le volcan Kilauea d'Hawaï, chacun produisant sa plus puissante éruption depuis des décennies.

Des dizaines de personnes sont mortes et des milliers d'autres ont été évacuées dans la région de Fuego à la suite de l'éruption du 3 juin. Comme Kilauea, qui a débuté début mai 2018 un épisode violent d'une éruption qui dure depuis près de 35 ans, Fuego était à peine au repos avant cette dernière explosion. Il crache souvent de la lave et des cendres plusieurs fois par an et peut avoir de nombreuses petites éruptions en une seule journée.

Mais cette fois, l'éruption du Fuego était différente. Les dégâts sont venus rapidement et avec force dans un mélange chaotique de roche, du gaz et des cendres connus sous le nom de coulée pyroclastique – créant des scènes de destruction qui ressemblent peu aux images de lave rampante qui ont émergé du Kilauea. Le contraste rappelle que les façons dont les volcans deviennent dangereux peuvent être aussi variées que les lieux et les communautés où ils s'animent.

Les géologues de l'Université de Stanford Gail Mahood (émérite) et Don Lowe, professeurs de sciences géologiques à l'École de la Terre, Sciences de l'énergie et de l'environnement, ont tous deux étudié les volcans de près. Ils ont discuté des mystères surprenants qui restent pour les scientifiques autour des risques volcaniques, quoi et comment les chercheurs peuvent apprendre de Fuego et d'autres volcans après que les cendres se soient déposées et une partie de la science derrière les menaces volcaniques.

Quelles différences ont fait éclater Fuego si violemment par rapport à Kilauea ?

DON LOWE :Nous venons de voir au Guatemala cette petite ville ensevelie sous les cendres chaudes. Les éruptions dans les Amériques ont tendance à produire d'énormes quantités de cendres, poussière, moellons et blocs anguleux, et les volcans ont souvent des hauteurs, cônes raides. Des nuages ​​denses de cendres chaudes et de gravats dévalent ces pentes comme des trains de marchandises et prennent de l'élan au fur et à mesure qu'ils avancent. La pluie et les tempêtes peuvent mobiliser des gravats meubles sur ces pentes abruptes et créer des coulées de débris froides. Les volcans hawaïens ont tendance à faire éclater des rivières et des fontaines de lave moins violentes.

GAIL MAHOOD :Tous les volcans d'Amérique centrale et des Cascades d'Amérique du Nord sont différents d'Hawaï en ce qu'ils sont liés à des zones de subduction, endroits où une assiette se serre sous une autre. Ils sont beaucoup plus explosifs en partie parce que les magmas qu'ils produisent contiennent plus d'eau dissoute - jusqu'à 10 fois plus que dans les volcans hawaïens.

Pensez au magma comme à une bouteille de champagne. Lorsque vous ouvrez le haut, vous baissez la pression et ce gaz CO2 qui a été dissous dans le champagne forme des bulles et sort.

L'eau, CO2, gaz de soufre, le fluor et le chlore sont dissous dans le magma lorsqu'il est stocké à haute pression au plus profond de la Terre. Mais si le magma monte rapidement, ces éléments volatils sortent de la solution dans des bulles qui grossissent si vite que les parois des bulles se brisent. C'est comme une mousse de magma qui se brise en morceaux et s'envole.

Les magmas à Hawaï pourraient contenir de l'eau ne représentant qu'un demi pour cent en poids. Si vous avez 4 ou 6 pour cent d'eau dans un magma comme on le voit en Amérique centrale, vous avez un potentiel beaucoup plus grand pour les éruptions explosives.

Les volcans dans les zones de subduction ont également plus de viscosité, magmas plus collants, qui offrent plus de résistance à mesure que les bulles grandissent. Par conséquent, les pressions à l'intérieur des bulles peuvent devenir beaucoup plus élevées. Il y a donc plus de bulles qui se brisent à cause de plus d'eau, et quand les bulles se brisent enfin, ils le font avec plus de force.

Comment se forment les coulées pyroclastiques après l'éruption d'un volcan comme le Fuego au Guatemala ?

MAHOOD :Ceux-ci peuvent se former directement à partir d'une éruption explosive, ou ils peuvent se former par la lave qui sort et se refroidit un peu, se coince et remplit l'évent. Alors peut-être qu'il y a un tremblement de terre, ou un nouveau magma le pousse d'en bas, et cette lave qui bouche l'évent sort dans une cascade de blocs chauds. Ceux-ci continuent d'effervescence et de produire des cendres. Les gens autour de Fuego sont en grande partie tués par des coulées pyroclastiques.

Vous avez étudié comment les volcans peuvent déclencher des coulées dangereuses non seulement de lave et de cendres, mais aussi épais, mélanges visqueux de particules et d'eau appelés coulées de débris. Pouvez-vous décrire un exemple de la façon dont ce type de flux commence, et que peut-on faire pour minimiser les dommages une fois qu'il est en cours ?

LOWE :En 1985, les coulées de débris suite à l'éruption du volcan Nevado del Ruiz en Colombie ont fait une vingtaine de morts, 000 personnes dans une ville appelée Armero, 60 kilomètres (37 miles) de descente. Ces écoulements ont pour origine lorsque les cendres chaudes, comme les trucs qui sortent de Fuego, a atterri sur un glacier autour du sommet. Une petite bouffée de cendres n'a fait fondre qu'une petite partie de ce glacier et a envoyé d'énormes volumes d'eau en cascade dans les canyons.

Nous avons appris en regardant des dépôts plus anciens dans des tranchées de route autour de cette ville que cela avait été un processus courant dans le passé. Tous les éléments étaient réunis pour qu'un urbaniste reconnaisse que ce n'était pas un bon endroit pour une ville. De meilleures études géologiques auraient montré que la région avait subi de nombreuses catastrophes similaires dans le passé. En réalité, les cartes des dangers créées dans les mois précédant l'éruption ont montré qu'Armero serait sur le chemin de toute coulée de boue (un type de coulée de débris) déclenchée par le volcan. Mais ces cartes n'étaient pas largement diffusées.

Nous ne comprenons toujours pas complètement comment fonctionnent les coulées de débris ou comment certaines d'entre elles peuvent se déplacer si loin sur des pentes très basses. Une théorie prometteuse est que l'eau est aspirée sous le flux principal, comme l'aquaplanage sur vos pneus. Une autre théorie se concentre sur la façon dont les particules interagissent dans le flux. Est-ce qu'ils se déplacent simplement passivement dans le fluide ? Peut-être que les particules dans une coulée de débris se comportent comme des molécules de gaz dans un ballon - elles entrent en collision les unes avec les autres, exercer des pressions et aider à rester suspendu.

Ces détails sont importants pour comprendre jusqu'où peuvent aller les coulées de débris, combien de choses ils peuvent transporter, à quelle vitesse ils se forment - qui sont tous pertinents pour savoir si vous construisez des villes autour des volcans, décider à quelle distance ils doivent être et évaluer le danger des colonies et des villages qui sont déjà là.

Les responsables des catastrophes au Guatemala ont déclaré que l'éruption de Fuego du 3 juin avait touché plus d'un million de personnes. Comment cela se compare-t-il à certaines des plus grandes éruptions de l'histoire ?

MAHOOD:Ce n'est pas une grosse éruption par aucun effort d'imagination. L'un des gros problèmes au Guatemala et dans de nombreux autres endroits - en Indonésie et aux Philippines, par exemple – est la grande population entassée sur et autour des volcans de ce type. Des éruptions modérément petites peuvent tuer beaucoup de gens.

Fuego est un volcan très actif. Probablement, ce qui se passe cette fois c'est que ça a été un peu plus explosif que d'habitude, donc ces coulées pyroclastiques se dirigent vers le bas du volcan. Au lieu de descendre les flancs du pointu, volcan conique et en quelque sorte en train de s'éteindre, ils descendent sur les flancs et se répandent dans les villages.

Est-il possible d'anticiper si et quand une éruption donnée produira ce type d'aléa ?

MAHOOD:Nous pouvons souvent prédire qu'il y a une éruption à venir. Ce qui est plus difficile à prévoir, c'est la nature exacte de l'éruption et le moment de son apparition.

Cartographier les aléas volcaniques, les vulcanologues se rendent sur le terrain et cartographient les empreintes d'une éruption :des cendres tombées du haut des airs, les dépôts de coulées pyroclastiques et de débris, et lave. Les cendres peuvent couvrir des dizaines de milliers de kilomètres carrés, mais les particules sont froides au moment où elles atterrissent donc elles ne sont catastrophiques qu'à proximité de l'évent du volcan, où ils peuvent être assez épais pour effondrer les toits.

De retour au labo, nous utilisons la datation au carbone ou à l'argon pour connaître la fréquence de chaque type d'éruption dans le passé. De plus en plus, nous analysons également les cristaux qui se sont développés dans le magma avant une éruption. Ils agissent comme de minuscules enregistreurs de température, pression et teneur en gaz, afin qu'ils puissent nous aider à reconstituer l'ascension du magma et ses conditions de stockage.

Le mieux est que ces analyses puissent être intégrées à des études géophysiques de sismicité ou de déformation autour du volcan. Fuego est difficile à observer car il est très boisé, et une fois arrivé au sommet, il est couvert de nuages. Les géophysiciens sont devenus très bons pour prédire les éruptions du Kilauea à Hawaï et du mont St. Helens à Washington, parce qu'ils ont vu tant d'éruptions. Nous connaissons très bien les signes que le magma se déplace à travers la croûte du Kilauea :le sommet se dégonfle et les tremblements de terre changent de style d'une manière particulière. La seule chose qui n'est pas certaine, c'est quand une éruption comme celle en cours au Kilauea va s'arrêter.

Existe-t-il un moyen de s'adapter aux menaces des éruptions volcaniques ?

LOWE :Nous avons colonisé des zones sans trop nous soucier des catastrophes naturelles et des dangers. Cependant, une fois qu'un sinistre survient, nous devons essayer de limiter la croissance future dans ce domaine et dans les endroits qui font face à des risques similaires. Nous ne verrons peut-être pas une éruption vraiment catastrophique de notre vivant. Mais du vivant de nos enfants ou petits-enfants, il y aura inévitablement des éruptions qui anéantissent les grands centres de population. Nous devons réaliser à quel point il est important de regarder plus loin que demain.