Juste avant une éruption surprise du volcan Ruapehu en Nouvelle-Zélande en 2007, le tremblement sismique près de son cratère est devenu étroitement corrélé aux changements bimensuels de la force des forces de marée, une nouvelle étude a trouvé. La recherche, publié dans la revue Rapports scientifiques , suggère que les signaux associés aux cycles de marée pourraient potentiellement fournir un avertissement avancé de certains types d'éruptions volcaniques.

"En regardant les données de ce volcan couvrant environ 12 ans, nous avons constaté que cette corrélation entre l'amplitude du tremor sismique et les cycles de marée ne s'est développée que dans les trois mois précédant cette éruption, " dit Tarsilo Gérone, l'auteur principal de l'étude. "Ce que cela suggère, c'est que les marées pourraient fournir une sonde pour nous dire si un volcan est entré ou non dans un état critique."

Gérone, un post-doctorant de la NASA au Jet Propulsion Laboratory, a dirigé la recherche lors d'un rendez-vous postdoctoral à l'Université Brown, en collaboration avec le professeur Brown Christian Huber et Corentin Caudron, chercheur postdoctoral à l'Université de Gand en Belgique.

Les marées terrestres montent et descendent quotidiennement en raison de la force gravitationnelle de la Lune lors de la rotation de la Terre. Pendant les pleines et nouvelles lunes, l'attraction gravitationnelle lunaire s'aligne avec celle du soleil, ce qui rend les renflements de marée quotidiens un peu plus importants pendant ces phases de la Lune. Pendant les lunes du premier et du troisième quartier, le renflement de marée quotidien est un peu plus petit. Cette variation bimensuelle de l'amplitude des marées est parfois appelée marée bimensuelle. Alors que nous pensons normalement aux marées en termes de montée et de descente des eaux, ces contraintes gravitationnelles affectent également la croûte solide de la planète. La question de savoir si les contraintes gravitationnelles peuvent influencer l'activité volcanique est de longue date dans les sciences de la Terre.

"De nombreuses recherches se sont concentrées sur la possibilité ou non des forces de marée de déclencher des éruptions, et il n'y a aucune preuve définitive que ce soit le cas, ", a déclaré Huber. "Nous voulions adopter un angle différent avec cette étude et voir s'il existe un signal détectable associé aux forces de marée qui peut nous dire quelque chose sur la criticité d'un volcan."

Les chercheurs ont choisi d'étudier le volcan Ruapehu en partie parce que son activité est étroitement surveillée depuis des années par GNS Science, un institut de recherche en Nouvelle-Zélande. La montagne est une attraction touristique populaire et abrite deux stations de ski, les fonctionnaires veulent donc être au courant de tout signe avant-coureur qu'il pourrait éclater. Cette surveillance a fourni aux chercheurs un ensemble de données long et continu à étudier.

En particulier, l'équipe s'est intéressée aux données des capteurs sismiques situés près du cratère du volcan. Ces capteurs captent le tremblement volcanique, un grondement sismique de bas niveau qui fournit un signal persistant d'activité au sein d'un système volcanique. En utilisant une technique statistique sophistiquée, les chercheurs ont passé au peigne fin 12 ans de données sismiques, à la recherche de toute période où la sismicité était corrélée aux cycles lunaires. Ils ont découvert que pendant la plupart de ces 12 années, il n'y avait pas de corrélation entre le tremblement et les cycles lunaires, sauf les quelques mois avant une éruption à vapeur le 25 septembre, 2007, quand une forte corrélation a émergé.

Pendant ces trois mois, l'amplitude des secousses augmentait et diminuait très légèrement au rythme du cycle de marée bimensuel. Alors que les fluctuations de l'amplitude sismique étaient subtiles, la force de la corrélation avec le cycle des marées ne l'était pas. La corrélation était aussi forte que 5 sigma, disent les chercheurs, ce qui signifie que la probabilité que ce modèle se produise par hasard est d'environ un sur 3,5 millions.

Pour comprendre comment les forces de marée ont affecté Ruapehu pendant ces trois mois, les chercheurs ont utilisé un modèle de tremblement sismique qu'ils avaient développé précédemment. Des volcans comme Ruapehu ont un conduit vertical à travers lequel la lave s'élève, et un bouchon de roche solide au sommet. Les gaz libérés par la lave forment une poche entre le bouchon rocheux et la piscine de lave. Cette poche de gaz peut résonner contre le bouchon, qui crée un tremblement sismique.

Le modèle suggère que lorsque la pression de la poche de gaz atteint un niveau critique - un niveau auquel une éruption de vapeur est possible - les différentes contraintes associées aux forces de marée changeantes sont suffisantes pour modifier l'amplitude du tremblement.

"C'est ce que nous pensons qui se passait en 2007, " Huber a déclaré. " Lorsque la pression dans le système est devenue critique, il est devenu sensible aux marées. Nous avons pu montrer que le signal est détectable."

Aucun des autres indicateurs que les géologues utilisent généralement pour anticiper les éruptions n'a soulevé de signaux d'alarme en 2007. Ainsi, un signal de marée pourrait être un moyen de prédire les éruptions provoquées par la vapeur, qui sont autrement difficiles à prévoir.

"Nous aimerions collecter plus de données sur d'autres éruptions et d'autres volcans pour voir si ce signal de marée apparaît ailleurs, " Huber a déclaré. "Ensuite, nous pouvons commencer à penser à l'utiliser comme un moyen potentiel de prédire les futures éruptions de ce type."