Le Klyuchevskov, volcan actif du Kamchatka. © Tamten at cs.wikipedia, Wikimedia Commons, domaine public
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Plongée dans la tuyauterie de l’un des volcans les plus actifs au monde

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Aucune éruption n'est similaire à une autre. Cet état de fait provient de la dynamique variable du système volcanique alimentant les volcans. Une nouvelle étude vient ainsi de montrer l'importance et la complexité du réseau de conduits sous les volcans du Kamchatka, grâce à l'analyse des trémors sismiques.

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[EN VIDÉO] Géologie des systèmes volcaniques - une invitation au voyage  Entretiens datant de 2009 avec Georges Boudon, physicien à l'IPGP, et des membres de l'équipe étudiant le fonctionnement des volcans, depuis la génération des magmas jusqu'aux éruptions . La vocation des films de l'IPGP est d'ouvrir les portes des laboratoires et d'accompagner les scientifiques dans l'univers des géosciences. Ce film fait partie d'une série de 14 films de format court qui sont une invitation à un voyage du cosmos au centre de la Terre. Conception & réalisation : Medi@terre, IPGP - 2009 

Comment fonctionne une éruption volcanique ? Qu’est-ce qui contrôle le style éruptif ? Même si les connaissances s'accumulent petit à petit, la compréhension des systèmes volcaniques nécessite d'étudier les processus qui se jouent en profondeur, à la racine des volcans. Une zone qui n'est accessible que de manière indirecte et dont la connaissance reste donc encore très limitée.

La complexe architecture des systèmes volcaniques

Si tous les volcans fonctionnent à première vue de la même manière, par remontée de magmas basaltiques issus de la fusion partielle du manteau supérieur, les styles et la fréquence des éruptions peuvent être très variables, non seulement entre les différents volcans du globe, mais également sur le même édifice volcanique. Cette variabilité est principalement due à la façon dont est acheminé le magma de la profondeur vers la surface. Les caractéristiques de la remontée du magma dépendent notamment de l'épaisseur et de la composition de la croûte continentale, qui vont influencer la capacité de stockage du magma à des niveaux intermédiaires, sa cristallisation, son dégazage, sa différenciation ainsi que les interactions chimiques avec les roches encaissantes.

Schéma général d'un volcan et de son système volcanique. © Medium69, William Crochot, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

Auparavant, on considérait généralement que le magma était stocké dans des réservoirs stables situés à faible profondeur. Mais de plus en plus d'études suggèrent des mécanismes plus complexes, avec notamment l'existence de systèmes trans-crustaux : les réservoirs magmatiques seraient ainsi plutôt échelonnés sur toute l'épaisseur de la croûte, avec une distribution du magma hétérogène. Ces différents réservoirs ne seraient également pas reliés entre eux de manière permanente, mais plutôt intermittente. La variabilité des éruptions serait donc dépendante des interactions évoluant dans le temps entre ces différentes zones de stockage du magma au sein de la croûte. La façon dont se construisent ces systèmes magmatiques au cours du temps et comment ils évoluent est cependant encore mal comprise, en particulier à cause de la difficulté à imager la croûte en profondeur.

Les trémors pour sonder la croûte

Des chercheurs viennent cependant de réussir à caractériser le système magmatique profond de l'un des ensembles volcaniques les plus actifs au monde : le groupe volcanique de Klyuchevskov au Kamchatka, en Russie. Pour étudier ces volcans en profondeur, les scientifiques de l'Institut des Sciences de la Terre de Grenoble, ainsi que leurs collègues russes, ont utilisé l'activité sismique produite par les volcans eux-mêmes. Ces petites secousses sont appelées « trémors ».

Klyuchevskov, volcan de la péninsule du Kamchatka en Russie. © Wikimedia Commons, domaine public

La pression qu'exerce le magma au sein du système magmatique varie en effet en fonction du temps. Ces variations de contrainte engendrent une activité sismique très diverse, qui peut être mesurée. Il peut s'agir de signaux transitoires ou de petites secousses, les trémors, qui durent sur de longues périodes de temps. Par définition, ces trémors sont associés à des parties actives du système magmatique. Leur analyse permet ainsi d'imager la dynamique du système volcanique dans l'espace, mais également de suivre son évolution dans le temps.

Le système volcanique est étagé sur toute l'épaisseur de la croûte

Les chercheurs ont ainsi monitoré certains volcans situés sur la péninsule russe du Kamchatka. Il s'agit de l'un des ensembles volcaniques les plus importants et les plus actifs du monde. L'activité volcanique résulte ici de la subduction de la plaque Pacifique sous la péninsule.

Les résultats de l'étude, publiée dans Science Advances, montrent que le système magmatique en activité s'étage sur toute l'épaisseur de la croûte. Le système prendrait sa source à la base de la croûte, au niveau du Moho (environ 30 kilomètres de profondeur) et se ramifierait vers le haut pour alimenter plusieurs volcans par le biais de différents conduits. Le système magmatique pourrait ainsi s'étendre horizontalement sur de grandes distances. Grâce à l'analyse des trémors, les chercheurs peuvent ainsi définir les zones actives du système, et cela sur toute la hauteur de la croûte et suivre leur évolution dans le temps. L'existence de « bouchons » pourrait empêcher temporairement le magma de progresser, faisant localement augmenter la pression jusqu'à la rupture. Ce processus mènerait à l'activation transitoire des différentes zones.

Les données obtenues sur les volcans du Kamchatka pourraient aider à comprendre d'autres grands systèmes volcaniques.

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