Dans la croûte terrestre, les magmas, c’est à dire un mélange de liquide silicaté, de cristaux et de gaz, se déplacent ou s’accumulent dans un réseau de conduits et de réservoirs. Lorsqu’ils atteignent la surface de la Terre, ces magmas alimentent les éruptions volcaniques. Pour évaluer ce risque, les volcanologues mesurent les signaux géophysiques en provenance du système magmatique sous-jacent. Il peut s’agir d’activité sismique, de déformation de la surface du volcan ou de variation de la résistance électrique des roches. Comment faire le lien entre l’évolution à long terme des systèmes magmatiques et les signaux géophysiques enregistrés en zones volcaniques ? Des chercheuses et chercheurs de l’Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) de l’Université Savoie Mont Blanc mènent des travaux de recherche autour de cette question.
Financé par une bourse Marie Sklowska Curie, ce projet, intitulé MAGMATS, vise également à distinguer l’effet des volatils de celui des liquides magmatiques et d’améliorer ainsi les capacités d’interprétation des mesures géophysiques.
Pour y parvenir, les porteurs du projet, Catherine Annen et André Revil, chercheuse et chercheur à ISTerre, avec le groupe de volcanologie physique d’ISTerre, vont modéliser l’évolution d’un système magmatique en simulant la mise en place de magma dans la croûte supérieure et en calculant l’évolution temporelle de toute une série de paramètres susceptibles d’affecter les données géophysiques. En utilisant la simulation numérique, ils vont quantifier les quantités de volatils relâchés par le magma lors de sa cristallisation. Ces calculs vont permettre de créer des images tomographiques synthétiques et de calculer des déformations de surface qui seront ensuite comparées avec les données mesurées sur le terrain.
Quatre volcans cibles ont été sélectionnés :
- l’Uturuncu en Bolivie,
- les Champs Phlégréens en Italie,
- le Mérapi en Indonésie
- le Krafla en Islande.
Le but est de reproduire, avec les modèles, l’ensemble des enregistrements géophysiques disponibles pour ces volcans et de déterminer ainsi quel dynamisme magmatique explique au mieux les observations.
Tomographie 3D de conductivité électrique du volcan Vulcano (Iles Éoliennes) montrant le système hydrothermal (couleurs chaudes).
L’utilisation de mesures géophysiques pour surveiller les volcans et évaluer leur risque éruptif
Des séries de séismes ainsi que la déformation de la surface du volcan sont souvent les précurseurs d’une éruption volcanique. Il y a aussi des cas où ce type d’activité n’est pas suivie d’une éruption et d’autres cas où une éruption a lieu sans que des précurseurs aient été détectés. Les éruptions volcaniques sont alimentées par un système de plomberie constitué de chambres et de conduits magmatiques. Ce sont les mouvements de magmas et de gaz entre ces chambres et le long de ces conduits qui produisent des signaux géophysiques. La façon dont ces signaux sont générés et se propagent dépendent de la taille et du degré de fusion des réservoirs magmatiques et de l’état thermique de la croûte terrestre. Tous ces paramètres évoluent au cours du temps à l’échelle de dizaines ou de centaines de milliers d’années. En plus de son rôle de surveillance, la géophysique est utilisée pour déterminer les caractéristiques des chambres magmatiques. Les mesures de vitesses d’ondes sismiques, de densité ou de résistivité électrique des roches permettent de produire des images tomographiques de la croûte terrestre et de détecter la présence de magma. Différentes causes pouvant produire les mêmes effets, il y a en général plusieurs interprétations possibles de ces images. Par exemple, une petite zone très riche en liquide magmatique peut produire la même image tomographique qu’une zone plus étendue et plus pauvre en magma. De plus, la présence de volatils, souvent de l’eau, modifie la vitesse des ondes sismiques et la résistivité électrique des roches et est difficile à distinguer de la présence de magma.
MAGMATS, un projet inscrit dans le programme de recherche et d’innovation de l’union européenne
Le projet MAGMATS a été sélectionné par l’Agence exécutive européenne de la recherche. Il a reçu un financement du programme de recherche et d’innovation HORIZON 2020 en vertu de l’accord de subvention Marie Sklodowska-Curie n° 794594. L’objectif de ce programme est de renforcer encore le potentiel créatif et innovant de chercheuses et chercheurs expérimentés ayant déjà montré une expertise toute particulière dans leur domaine, dans le cadre d’une institution de l’Union européenne.
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Contacts : Catherine Annen et André Revil
