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Éruptions des supervolcans : leur origine enfin comprise ?

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En 2014, des chercheurs avançaient que les causes des éruptions de supervolcans étaient à chercher à l'interieur de leurs chambres magmatiques. Une autre équipe vient d'apporter une autre explication, faisant intervenir cette fois des facteurs externes, en l'occurrence une série de ruptures de failles au-dessus du toit de la chambre magmatique.

Interview : sommes-nous menacés par les supervolcans ?  On nomme supervolcans les volcans capables de faire une éruption exceptionnellement massive et dévastatrice. Leur intensité varie mais est suffisante pour créer des dommages à l’échelle continentale. Futura-Sciences a rencontré Jacques-Marie Bardintzeff, docteur en volcanologie, afin d’en savoir plus sur ces dangereux volcans. 

Il y a environ 74.000 ans, dans l'île de Toba, en Indonésie, l'éruption d'un supervolcan aurait mené l'humanité au bord de l'extinction, à en croire les horloges moléculaires indiquant que la population humaine sur la planète s'est alors brutalement réduite à un groupe de quelques milliers à quelques dizaines de milliers d'individus tout au plus. Cette éruption a projeté dans l'atmosphère près de 2.800 km3 de cendres et autres produits volcaniques qui, en modifiant l'albédo de la Terre, ont conduit temporairement à un climat plus froid qui aurait donc suffisamment raréfié les ressources alimentaires de l'humanité. Il est difficile de se représenter l'ampleur d'une telle éruption. À titre de comparaison, les cendres crachées par le Pinatubo au début des années 1990 - qui ont suffi à faire baisser la température moyenne de la Terre de quelques dixièmes de degré pendant deux à trois ans - représentaient seulement un volume de 10 km3.

Des supervolcans menacent toujours l'humanité, comme celui de la caldeira de Yellowstone. Les volcanologues se sont ainsi engagés dans des travaux permettant peut-être, à terme, de comprendre comment se déclenchent de telles superéruptions. Des études récentes (réalisées aussi bien à l'aide d'équations que d'expériences en laboratoires) semblaient indiquer que de telles éruptions se produisaient quand la densité du magma dans la chambre magmatique d'un supervolcan devenait suffisamment faible - plus faible que celle des roches encaissantes -, de sorte que la pression d'Archimède devenait assez forte pour fracturer massivement le toit de la chambre. Mais, selon une équipe de chercheurs états-uniens, il n'en serait rien, comme ils l'expliquent dans un article paru dans Journal of Volcanology and Geothermal Research.

Le Sakurajima, au Japon, n'est pas un supervolcan, comme le montre ces images, mais son éruption nous permet d'imaginer un tout petit peu ce que peut être une superéruption. © Photovolcanica, YouTube

Dans l'un des deux tomes de son autobiographie parus dans les années 1990, le grand volcanologue Haroun Tazieff s'attendait déjà à ce que des progrès notables soient réalisés grâce à des modèles numériques sur ordinateurs utilisant les lois de la physique et de la chimie. Pour tenter de mieux comprendre ce qui déclenche des superéruptions, la géophysicienne et volcanologue Patricia Gregg et ses collègues se sont appuyés sur ce type de modèles.

La chercheuse s'est rendu compte que quelque chose clochait dans les affirmations précédentes concernant les supervolcans. En effet, ses simulations numériques se sont avérées incapables de produire des éruptions volcaniques selon le mécanisme admis jusque-là. Rien n'y faisait, que ce soit en augmentant la taille des chambres magmatiques ou en réduisant très significativement la densité du magma, aucune éruption ne se produisait et le magma ne remontait pas brusquement comme le ferait un ballon gonflé sous l'eau.

Une réaction en chaîne de fracturation du toit de la chambre magmatique

En examinant les modèles analytiques utilisés avant elle, Patricia Gregg s'est aperçue qu'ils ne prenaient pas en compte correctement les forces exercées par les roches encaissantes sur le toit des chambres magmatiques. En fait, il apparaît que ces forces compensent l'effet de la pression d'Archimède exercée par le magma. En revanche, il semble bel et bien que ce soient les fractures dans les roches qui contrôlent le déclenchement des éruptions ; il s'agirait donc de paramètres externes, et non pas internes, aux chambres volcaniques. Ces fractures, lorsqu'elles pénètrent dans la chambre magmatique, trahissent un état mécaniquement instable du toit de la chambre. Elles sont ensuite utilisées par le magma pour remonter à la surface alors qu'une véritable réaction en chaîne de fracturation hydraulique se produit. Toutefois, une superéruption ne pourrait avoir lieu que si la taille de la chambre magmatique est suffisamment grande pour que les roches au-dessus de son toit soient instables, risquant la fracturation. C'est pourquoi une corrélation avec la force d'Archimède semblait présente dans les travaux antérieurs des géophysiciens.

Si Patricia Gregg et ses collègues ont raison, le mécanisme des superéruptions serait différent de celui des éruptions d'envergures plus modestes. Il faudrait donc revoir la façon dont les volcanologues surveillent les supervolcans, à la recherche de signes indicateurs de ces cataclysmes, ainsi que la manière d'interpréter ces signes. Ainsi, la géophysicienne pense que « si la cause qui déclenche une superéruption est un tremblement de terre ou une faille, alors nous devrions examiner la sismicité, les types de failles en train de se développer, la stabilité du toit et déterminer quelles activités de surface en cours pourraient déclencher ces failles ».

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Le lac Toba et l'île de Samosir (Sumatra, Indonésie) forment une caldeira laissée par l'éruption volcanique d'un supervolcan. © Bernard Gagnon, Wikimedia Commons, CC by 3.0