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Les éruptions volcaniques mieux comprises grâce aux geysers ?

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Les éruptions volcaniques partagent des points communs avec celles des geysers, plus faciles à étudier. Elles sont par exemple périodiques, comme celles du Stromboli. Pour cette raison, des géologues ont entrepris d'étudier les geysers d'El Tatio, au Chili, en parallèle avec ceux de Yellowstone, aux États-Unis, et avec des expériences en laboratoire pour tenter de percer les secrets des éruptions. Ils ont notamment introduit des caméras dans les conduits des geysers.

Les volcanologues ont introduit des capteurs de pression et de température à presque 10 mètres de profondeur dans les geysers d'El Tatio, au Chili. Ils ont aussi introduit des caméras à presque deux mètres de profondeur afin de percer les secrets de la périodicité des éruptions des geysers. Ils cherchent à corréler les résultats obtenus par ce procédé avec des mesures sismiques et gravimétriques en surface. Les chercheurs espèrent aussi percer indirectement certains des secrets des éruptions volcaniques. © Michael Manga

Comment et pourquoi les volcans entrent-ils en éruption ? Peut-on prévoir des heures à l'avance cet événement qui peut se révéler catastrophique comme ce fut le cas pour Herculanum ou Saint-Pierre de la Martinique ? Ces questions, bien des pionniers de la volcanologie, comme Haroun Tazieff, ont tenté d'y répondre depuis plus d'un demi-siècle.

Certains éléments de réponse se trouvent probablement dans la physico-chimie des magmas, notamment dans celle des gaz qu'ils contiennent. La thermomécanique du transport des magmas dans la croûte terrestre et les signaux sismiques, voire électriques et magnétiques, qu'ils peuvent ainsi engendrer sont également précieux pour les prédictions volcanologiques. Mais il faut bien dire que, si des progrès ont été faits dans l'évaluation d'un risque imminent d'éruption, il reste encore bien difficile de vraiment prédire quand et où va se produire l'arrivée du magma en surface ainsi que l'intensité de l'éruption volcanique.

Les volcanologues ne sont nullement découragés et les recherches continuent, comme le montre les travaux de Michael Manga et ses collègues. L'approche des chercheurs est originale puisqu'ils essayent d'obtenir de nouvelles perspectives sur les mécanismes des éruptions volcaniques en étudiant l'activité des geysers. Ils se servent pour cela d'expériences analogiques réalisées en laboratoire mais aussi de données collectées sur le terrain, à Yellowstone, aux États-Unis, mais également sur le site des geysers d'El Tatio, au Chili (voir la vidéo ci-dessous). Ces geysers se trouvent dans la cordillère des Andes, sur l'Altiplano, à 4 280 m d'altitude, au pied des volcans Tatio et Linzor, situés à 90 km au nord de San Pedro de Atacama. Avec environ 80 geysers actifs, El Tatio est le plus grand site de geysers de l'hémisphère sud et le troisième par sa taille après celui de Yellowston et celui de la vallée des geysers, en Russie.

Le volcanologue Michael Manga et son étudiant Esther Adelstein utilisent un simulateur de geyser de laboratoire qu'ils ont construit afin d'expliquer comment fonctionnent des geysers comme Old Faithful. Pour obtenir une traduction en français, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En cliquant ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français », puis cliquez sur « OK ». © UC Berkeley Campus Life, YouTube, Vidéo de Roxanne Makasdjian et Phil Ebiner, images de geysers par Eric King et Kristen Fauria.

Robert Bunsen, premier explorateur de la physique des geysers

L'étude scientifique des geysers est ancienne. Elle remonte au moins aux travaux du célèbre chimiste allemand Robert Bunsen qui a été le premier à faire des mesures de pression et de température dans un geyser en 1846. En se basant sur ces mesures obtenues en Islande avec Geysir, le geyser islandais qui a donné son nom à tous les autres et dont le terme vient du verbe islandais gjósa signifiant « jaillir », Robert Busen a proposé une première explication de ce phénomène géologique fascinant. Pour lui, tout commence avec de l'eau de surface qui s'infiltre dans les profondeurs d'une zone volcaniquement active et qui finit par s'accumuler non loin du magma. Soumise à des pressions supérieures à celles de l'atmosphère, cette eau surchauffée à des températures supérieures à 100 °C finit par entrer en ébullition au sommet d'une colonne. La baisse de pression engendrée provoque alors brutalement la formation de nouvelles bulles de gaz qui se propagent vers le bas de la colonne et la quantité de vapeur engendrée devient alors suffisante pour propulser l'eau vers la surface. Une éruption se produit.

Des phénomènes similaires ont probablement lieu dans les chambres magmatiques, sous les volcans, mais il est évidemment impossible d'introduire des capteurs dans ces chambres ou d'y envoyer des sondes. Il n'en est pas de même avec les geysers et c'est pourquoi, depuis quelques temps, des volcanologues comme Michael Manga ont introduit de tels capteurs et même des caméras dans les geysers, à plusieurs mètres de profondeurs. Ils pouvaient ainsi étudier des corrélations entre les données obtenues en profondeur et celles fournies par des sismomètres et des tiltmètres en surface. Ces instruments enregistrent l'activité sismique et les modifications d'inclinaison autour des geysers, comme ils le font aussi pour des volcans en éruption.

Des boucles dans la tuyauterie des geysers

Avec leurs travaux en laboratoire et sur le terrain, Michael Manga et ses collègues ont pu confirmer plusieurs des hypothèses de Robert Bunsen mais aussi celle de l'existence d'une sorte de tuyauterie faisant penser à un siphon dans les geysers. La vapeur s'accumulerait en effet dans une sorte de portion de boucle peu avant une éruption. Cette structure et ce phénomène seraient essentiels pour expliquer la périodicité de l'activité des geysers. Celle-ci est assez impressionnante dans le cas du geyser d'El Tatio nommé El Jefe (« le chef »). Comme ils l'expliquent dans un article publié dans Journal of Volcanology and Geothermal Research, les chercheurs ont ainsi surveillé pendant presque 6 jours le geyser qui a fait plus de 3.600 éruptions toutes les 132 secondes précisément (l'écart de temps entre les différentes éruptions ne variait que d'une à deux secondes près à chaque fois).

Toutefois, au final, s'ils arrivent à expliquer pourquoi ils étaient bien en présence de geysers et non pas de sources chaudes, qui ne sont pas le siège d'éruptions intermittentes, la régularité de la périodicité des geysers échappe encore aux géologues. Elle n'apparaît notamment pas dans les expériences qu'ils conduisent en laboratoire. Volcans et geysers gardent donc encore jalousement certains de leurs secrets.

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