Plus l'eau est dissoute dans le magma, plus le risque d'explosion d'un volcan est grand. Une nouvelle étude de l'ETH montre maintenant que cette règle simple n'est que partiellement vraie. Paradoxalement, haute teneur en eau réduit considérablement le risque d'explosion.

Les volcanologues ont longtemps été troublés par deux questions :Quand exactement un volcan entrera-t-il ensuite en éruption ? Et comment se déroulera cette éruption ? La lave coulera-t-elle de la montagne comme une pâte visqueuse, ou le volcan entraînera-t-il de manière explosive un nuage de cendres à des kilomètres dans l'atmosphère ?

La première question de "quand" peut maintenant être répondue de manière relativement précise, explique Olivier Bachmann, Professeur de pétrologie magmatique à l'ETH Zurich. Il souligne les données de surveillance de l'île canarienne de La Palma, où le volcan Cumbre Vieja a récemment émis une coulée de lave qui s'est déversée dans la mer. En utilisant les données sismiques, les experts ont pu suivre la montée de la lave en temps réel, pour ainsi dire, et prédire l'éruption d'ici quelques jours.

Forces imprévisibles de la nature

Le "comment, " d'autre part, reste un casse-tête majeur pour les volcanologues. On sait que les volcans sur des îles telles que La Palma ou Hawaï sont peu susceptibles de produire d'énormes explosions. Mais cette question est beaucoup plus difficile à répondre pour les grands volcans situés le long des zones de subduction, comme celles trouvées dans les Andes, sur la côte ouest des États-Unis, au Japon, Indonésie, ou en Italie et en Grèce. C'est parce que tous ces volcans peuvent entrer en éruption de différentes manières, sans aucun moyen de prédire ce qui se produira.

Pour mieux comprendre comment un volcan entre en éruption, ces dernières années, de nombreux chercheurs se sont concentrés sur ce qui se passe dans le conduit volcanique. On sait depuis un certain temps que les gaz dissous dans le magma, qui émerge alors sous forme de lave à la surface de la Terre, sont un facteur important. S'il y a de grandes quantités de gaz dissous dans le magma, des bulles de gaz se forment en réponse à la diminution de pression lorsque le magma monte à travers le conduit, semblable à ce qui se passe dans une bouteille de champagne secouée. Ces bulles de gaz, s'ils ne peuvent pas s'échapper, puis conduire à une éruption explosive. En revanche, un magma contenant peu de gaz dissous s'écoule doucement du conduit et est donc beaucoup moins dangereux pour les environs.

Que se passe-t-il pendant la course ?

Bachmann et son chercheur postdoctoral Răzvan-Gabriel Popa se sont maintenant concentrés sur la chambre magmatique dans une nouvelle étude qu'ils ont récemment publiée dans la revue Géosciences de la nature . Dans une vaste étude de la littérature, ils ont analysé les données de 245 éruptions volcaniques, reconstruire à quel point la chambre magmatique était chaude avant l'éruption, combien de cristaux solides il y avait dans la fonte et quelle était la teneur en eau dissoute. Ce dernier facteur est particulièrement important, parce que l'eau dissoute forme plus tard les fameuses bulles de gaz lors de l'ascension du magma, transformer le volcan en une bouteille de champagne trop vite débouchée.

Les données ont d'abord confirmé la doctrine existante :si le magma contient peu d'eau, le risque d'éruption explosive est faible. Le risque est également faible si le magma contient déjà de nombreux cristaux. En effet, ceux-ci assurent la formation de canaux gazeux dans le conduit par lesquels le gaz peut facilement s'échapper, Bachmann explique. Dans le cas d'un magma avec peu de cristaux et une teneur en eau de plus de 3,5 pour cent, d'autre part, le risque d'éruption explosive est très élevé, comme le prédit la doctrine en vigueur.

Ce qui a surpris Bachmann et Popa, cependant, était que l'image change à nouveau avec une teneur en eau élevée :s'il y a plus d'environ 5,5 pour cent d'eau dans le magma, le risque d'éruption explosive diminue fortement, même si de nombreuses bulles de gaz peuvent certainement se former à mesure que la lave monte. "Il y a donc une zone de risque clairement définie sur laquelle nous devons nous concentrer, ", explique Bachmann.

Les gaz comme tampon

Les deux vulcanologues expliquent leur nouvelle découverte par deux effets, tous liés à la très forte teneur en eau qui provoque la formation de bulles de gaz non seulement dans le conduit, mais aussi dans la chambre magmatique. D'abord, les nombreuses bulles de gaz s'enchaînent très tôt, à grande profondeur, pour former des canaux dans le conduit, facilitant l'évacuation du gaz. Le gaz peut alors s'échapper dans l'atmosphère sans effet explosif. Seconde, les bulles de gaz présentes dans la chambre magmatique retardent l'éruption du volcan et réduisent ainsi le risque d'explosion.

"Avant qu'un volcan n'éclate, le magma chaud monte des grandes profondeurs et pénètre dans la chambre subvolcanique du volcan, qui se situe à 6 à 8 kilomètres sous la surface, et y augmente la pression, " explique Popa. " Dès que la pression dans la chambre magmatique est suffisamment élevée pour fissurer les roches sus-jacentes, une éruption se produit."

Si la roche en fusion dans la chambre magmatique contient des bulles de gaz, ceux-ci agissent comme un tampon :ils sont comprimés par la matière qui monte d'en bas, ralentir la montée en pression dans la chambre magmatique. Ce délai donne au magma plus de temps pour absorber la chaleur d'en bas, de sorte que la lave est plus chaude et donc moins visqueuse lorsqu'elle finit par éclater. Cela permet au gaz dans le conduit de s'échapper plus facilement du magma sans effets secondaires explosifs.

COVID-19 comme un coup de chance

Ces nouvelles découvertes permettent théoriquement d'arriver à de meilleures prévisions pour savoir quand s'attendre à une explosion dangereuse. La question est, comment les scientifiques peuvent-ils déterminer à l'avance la quantité de bulle de gaz dans la chambre magmatique et dans quelle mesure le magma s'est déjà cristallisé ? « Nous discutons actuellement avec des géophysiciens des méthodes qui pourraient être utilisées pour enregistrer au mieux ces paramètres cruciaux, " dit Bachmann. " Je pense que la solution est de combiner différentes métriques - sismiques, gravimétrique, données géoélectriques et magnétiques, par exemple."

De conclure, Bachmann mentionne un aspect secondaire de la nouvelle étude :« S'il n'y avait pas eu la crise des coronavirus, nous n'aurions probablement pas écrit cet article, " dit-il avec un sourire. " Quand le premier verrouillage a signifié que nous ne pouvions soudainement plus aller sur le terrain ou au laboratoire, nous avons dû repenser nos activités de recherche à court terme. Nous avons donc pris le temps dont nous disposions maintenant et l'avons passé à parcourir la littérature pour vérifier une idée que nous avions déjà eue sur la base de nos propres données de mesure. Nous n'aurions probablement pas fait cette recherche fastidieuse dans des circonstances normales."