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Pourquoi les sources hydrothermales ne sont-elles pas sous les volcans ?

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Les sources hydrothermales sont toujours associées à des volcans, mais leur position dépend de la topographie régionale. Des chercheurs ont déterminé les raisons pour lesquelles les réservoirs hydrothermaux ne se trouvent pas juste en dessous des volcans.

L'équipe de recherche s'est principalement concentrée sur le système hydrothermique de deux volcans du Pérou, le Tiscani (à l’image) et l’Ubinas. © S. Byrdina, IRD

Sous les volcans, l'eau et le feu cohabitent et génèrent les systèmes dits hydrothermaux : des « machines à vapeur » complexes dont certaines manifestations, des fumées blanches appelées fumerolles, s'observent parfois à la surface. Des chercheurs de l'IRD et leurs partenaires viennent de montrer pourquoi ces réservoirs ne se trouvent pas toujours centrés sous les sommets volcaniques. Leurs résultats sont publiés dans les Earth and Planetary Science Letters.

Pour certains édifices comme le Ticsani et l'Ubinas au Pérou, où les volcanologues ont mené leur étude, des résurgences surviennent à plus de dix kilomètres de la cime du dôme. Leur modèle numérique révèle que la position des systèmes hydrothermaux dépend de la topographie régionale, qui peut dévier de manière significative les écoulements souterrains.

Le système hydrothermal, preuve de volcanisme

La plupart des volcans actifs possèdent dans leurs entrailles un système hydrothermal, issu de l'infiltration des eaux de pluie qui, au contact du magma, s'acidifient, se réchauffent, bouillonnent et se transforment en partie en vapeur. Les variations de la circulation et de l'importance de ces fluides liquides ou gazeux reflètent l'évolution de l'activité volcanique. Lors de certains événements éruptifs, lorsque le magma se fragmente au contact du système hydrothermal, des éruptions de type explosif peuvent se produire.

Coupe d'un volcan illustrant son système hydrothermal. Dans ce cas, une résurgence est observée à plus de dix kilomètres du volcan. © EPSL

À long terme, cet hydrothermalisme peut également contribuer à déstabiliser l'édifice volcanique, en altérant les roches. Sa position témoigne aussi de la perméabilité des roches volcaniques. Le situer avec précision dans le sous-sol permet de mieux estimer cette perméabilité, l'un des paramètres clés des processus physiques à l'œuvre à l'intérieur des volcans.

Déterminer la position de l’eau sous le volcan

Pour comprendre et mieux anticiper le comportement souvent imprévisible d'un volcan, il est essentiel de localiser avec précision ces systèmes hydrothermaux. De fait, ceux-ci ne sont pas nécessairement situés sous le sommet, comme pour le Ticsani et l'Ubinas. Des résurgences hydrothermales apparaissent en effet à plus de dix kilomètres du sommet en aval de chaque édifice, tandis que seules quelques manifestations sont observées dans le creux du cratère.

Les chercheurs ont tout d'abord mesuré la température du sol (jusqu'à 37 °C à la surface du Ticsani) et des sources thermales (de 9 à 94 °C), ainsi que le potentiel électrique créé par le mouvement des fluides dans le sous-sol. Grâce à ce nouveau jeu de données, ils ont élaboré un modèle numérique pour expliquer la répartition asymétrique des fluides hydrothermaux. Le Ticsani et l'Ubinas présentent un profil atypique : culminant respectivement à 5.408 et 5.672 mètres, ils se caractérisent par un grand dénivelé entre leurs flancs amont et aval. Les simulations numériques pour ces deux volcans montrent l'influence de cette topographie régionale sur la position du système hydrothermal : le fort gradient altitudinal observé est capable de dévier de manière significative le flux de l'eau thermale, décalant de plusieurs kilomètres la nappe souterraine par rapport au cône volcanique.

Le Ticsani et l'Ubinas sont deux volcans parmi les plus actifs du Pérou, situés non loin de la seconde agglomération péruvienne, Arequipa, qui compte près d'un million d'habitants, et de la ville de Moquegua. Ces travaux permettent de situer l'eau sous les volcans et de caractériser le bouillonnement permanent dans leur ventre. Ils contribueront ainsi à une meilleure surveillance de ces géants menaçants, et à une meilleure gestion des crises éruptives.

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