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L'origine des explosions rythmiques du Stromboli

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Les volcans ne livrent leurs secrets que très lentement. L'un des plus connus en Méditerranée, avec l'Etna et le Vésuve, est bien sûr le Stromboli. Il est en activité explosive depuis l'antiquité romaine au moins et l'on pensait assez bien connaître les mécanismes à l'origine de ses éruptions. Une équipe de chercheurs franco-italienne vient de bouleverser les certitudes acquises à son sujet au moyen de la sismologie. D'après des mesures en temps réel de la composition chimique des gaz libérés par le volcan, ce n'est pas à 250 mètres sous le fond du cratère mais bien à plusieurs kilomètres de profondeur que les explosions se déclencheraient. 

Une éruption du Stromboli (Crédit : P.Allard CNRS)
La localisation du Stromboli au large de la Sicile (Crédit : Planet observer).

Le Stromboli a la forme typique associée aux volcans dans l'imaginaire du grand public. Il s'agit d'un cône formé il y a 15 000 ans, prenant naissance à 3 000 m de profondeur sous la surface de la mer et avec une partie émergée culminant à 750 m. L'activité du Stromboli est caractéristique de ce qu'on appelle un volcanisme explosif. Elle se caractérise par l'émission de fontaines de lapilli et de cendres projetées de quelques dizaines à quelques centaines de mètres de hauteur, mais aussi de bombes volcaniques. Quand un volcanologue parle d’activité strombolienne, c'est donc en référence à celle du Stromboli

On sait que son activité est continuelle depuis 2 500 ans au moins et, toutes les dix à vingt minutes en moyenne, une explosion projette des scories et des lambeaux de lave à 100-200 mètres de hauteur. Facile d'accès et généralement peu dangereux, le Stromboli est l'objet de l'attention des volcanologues et des visites des touristes depuis longtemps. Mais il ne faut pas le sous-estimer car il arrive parfois que des  explosions beaucoup plus violentes et sans signaux annonciateurs se produisent. C'est donc un volcan laboratoire pour comprendre et peut-être prédire les éruptions de par le monde et c'est aussi pourquoi, en raison du flux de personnes le visitant chaque année, il fait l'objet d'une attention toute particulière pour le surveiller et percer ses secrets.

Le mécanisme éruptif

Le mécanisme pour expliquer les éruptions du Stromboli est en général le suivant. Le magma remontant des profondeurs est riche en gaz dissous. Suite à la décompression produite par son voyage en direction de la surface de la Terre, des bulles de gaz se forment d'une façon analogue à ce qui se produit lorsqu'une bouteille d'eau minérale est ouverte. En profondeur, une zone dans laquelle le magma s'accumule se forme, il s'agit de la chambre magmatique.
Les bulles coalescent pour ne plus former qu'une seule grande poche de gaz, accumulant de la pression jusqu'à ce que le magma soit violemment expulsé vers la surface. Une éruption se produit donc et il faudra attendre une nouvelle accumulation de gaz dans une poche au plafond de la chambre magmatique avant d'en obtenir une nouvelle. Ce mécanisme serait donc celui expliquant le caractère rythmique des explosions du Stromboli mais des mécanismes plus complexes sont à l'œuvre dans d'autres types d'éruptions volcaniques d'après les volcanologues.

Schéma montrant la remonté périodique de bulles de gaz (en bleu) à partir d'une poche dans la chambre magmatique à 3 km de profondeur (Crédit : D'après National Géographic Magazine.).

Dans le cas du Stromboli, la brusque remontée de la poche de gaz provoquant l'explosion doit être accompagnée d'une activité sismique plus forte. Sur cette base, les sismologues ont localisé une chambre magmatique à environ 250 mètres sous le cratère. Cette explication était acceptée par tous jusqu'à ce que, de 2000 à 2002, une équipe scientifique franco-italienne (INGV-Catane et LPS-Saclay)  réalise des analyses par télédétection des gaz émis par le Stromboli.

Les nouvelles mesures

En utilisant ce qu'on appelle la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en parcours ouvert (OP-FTIR), il est alors possible de connaître la température et surtout la composition chimique des gaz juste à la sortie à l'air libre. On peut ainsi s'assurer que ceux-ci ne sont pratiquement pas contaminés et transformés par leur contact avec l'atmosphère ou le temps passé dans des flacons d'échantillonnages, comme ce pouvait être le cas jusqu'à présent, et surtout suivre en quasi continu les variations de la composition de ces gaz.

Les résultats obtenus au Stromboli ont alors été les suivants :

  • Le dégazage du magma  entre deux explosions  produit un flux de gaz à environ 700 ° C et de composition constante. On trouve environ 83% de vapeur d'eau et, pour les autres gaz, on obtient, par ordre d'abondance, du CO2, SO2, HCl, CO, COS) ;
  • Le dégazage produit par l'arrivée en surface des poches de gaz donnant lieu à une éruption donne lui des gaz avec des températures comprises entre 1060 et 1130°C. Leur composition chimique montre qu'ils sont  plus pauvres en eau et plus riches en CO2, SO2, CO et COS, indiquant qu'ils proviennent d'une source plus profonde et plus chaude.
A gauche en bas on voit l'appareil permettant de mesurer en infra-rouge la composition des gaz sortant des bouches éruptives du Stromboli. En haut les variations périodiques de la composition des gaz sur quelques heures (Crédit : Patrick Allard).

Les lois de la thermochimie et de la physique, appliquées à ces gaz émis lors d'une explosion, indiquent alors une origine beaucoup plus profonde pour le toit de la chambre magmatique. C'est entre 2,7 et 0,8 km de profondeur que la poche de gaz doit se former par dégazage quasi-complet d'un magma basaltique et pauvre en eau. La contamination ultérieure en eau se ferait à cause des eaux de pluies infiltrées dans le volcan.

Qu'en est-il alors des signaux sismiques enregistrés à faible profondeur, à environ 250 mètres sous le cratère ? Selon les volcanologues, et comme ils l'expliquent dans l'article publié dans Science, il y aurait une sorte de goulot d'étranglement  dans le conduit menant de la chambre magmatique à la surface. Il en résulterait une brusque accélération des gaz et du magma lors de leur passage et donc une génération plus importante d'ondes sismiques.

Bien des choses ne sont pas encore claires dans la génération et le transport du magma et des gaz intervenant dans une éruption volcanique, mais nul doute que nous en savons maintenant un petit peu plus et que bien des choses restent encore à découvrir pour la plus grande joie des volcanologues.