La puissance d'une éruption volcanique ? C'est une question de secondes

Les éruptions volcaniques peuvent, sur certains points, être comparées à l'ouverture d'une bouteille de boisson gazeuse préalablement agitée. Le magma remontant vers la surface sous les volcans est en effet chargé en eau et d'autres substances volatiles. À partir d'un certain stade dépendant de la saturation de ces composés dans la roche en fusion et de la pressionpression, des bulles vont se former, progressivement prendre du volumevolume et chercher à s'échapper.

Les mécanismes contrôlant l'ampleur des éruptions, dont certaines font peu de dégâts tandis que d'autres ont détruit des civilisations, restent méconnus. Une chose est sûre : la formation et la croissance des bulles, mais aussi la libération du gazgaz, doivent agir sur l'importance des phénomènes éruptifséruptifs. Pour mieux comprendre cette mécanique et peut-être à terme réaliser des prévisions, Don Baker de l'université McGill (Canada) a provoqué la formation de bulles dans du magma puis observé leur comportement en temps réel. 

Ce type d'opération n'est évidemment pas réalisable sur le terrain. Les manipulations ont donc été effectuées en laboratoire à pression atmosphérique. Les résultats, publiés dans la revue Nature Communications, sont très clairs : les dix premières secondes suivant la formation des bulles détermineraient l'intensité de l'éruption à venir !

Évolution de la taille des bulles de gaz entre 10 s et 18 s après leur apparition dans un échantillon de roche magmatique composé de 3 % d’eau et chauffé au laser. Le parallélépipède fait 1,19 mm de long comme de large et 0,89 mm de haut. La barre d’échelle correspond approximativement à 200 µm au premier plan. © Baker et al. 2012, Nature communications

De la poudre de volcan chauffée par un laser

Des roches comparables à celles trouvées sous terre ont été recréées en chauffant à 1.250 °C et sous pression (1 GPa) de la poudre de basalte riche en potassiumpotassium (prélevée sur le volcan italien Stromboli) mélangée à de l'eau (3 % ou 7 % selon la teneur souhaitée). Les échantillons formés ont ensuite été chauffés grâce à un laserlaser mis au point par l'entreprise Source de LumièreLumière suisse. Les chercheurs ont observé la formation des bulles et le moussage durant 18 secondes par le biais d'un microtomographe X tridimensionnel (Tomcat). Le nombre de bulles formées, leur taille et leur coalescencecoalescence ont donc été suivis au cours du temps, tout comme le taux de libération des gaz et la diminution de résistancerésistance de la moussemousse.

Des centaines de bulles se sont développées par mm³, piégeant ainsi le gaz, dès le début des expériences. Elles se sont ensuite rapidement (après 10 à 14 secondes) mises à coalescer en donnant naissance à des structures de plus grand diamètre (environ 100 par mm³, volume compris entre 10⁶ et 10⁸ μm³). Par conséquent, la résistance de la mousse a diminué tandis que le taux de libération du gaz augmentait. Les chercheurs ont ensuite voulu comprendre sous quelles conditions de formation et de croissance les bulles pouvaient se rompre dans le magma.

On pourrait ainsi prévoir l'importance d'une éruption en suivant l'équilibre entre l'expansion des bulles et la libération des gaz. Si cette dernière est importante ou rapide, la taille des sphères gazeuses va rester limitée, les éruptions seront petites. En revanche, si les bulles grandissent exceptionnellement vite, ou si elles ne coalescent pas pour diverses raisons, les phénomènes volcaniques qui en résulteront pourront être forts, voire dévastateurs. Dernier détail, même du magma pauvre en eau pourrait être à la base de catastrophes.

Selon le communiqué de l'université McGill, « ces constatations soulignent la nécessité d'établir des réseaux de surveillance des volcans pouvant mesurer des changements rapides du flux et de la composition des gaz durant ces instants brefs NDLRNDLR : les 10 premières secondes suivant la formation des bulles], mais cruciaux ».