Le synchrotron grenoblois a permis de valider une théorie sur les mécanismes à l'origine des super-éruptions : c'est l'accumulation d'un magma de moindre densité qui ferait "exploser" la croûte terrestre en cherchant à remonter à la surface.
Les éruptions massives de "gros" volcans, tel que celle du Pinatubo philippin en 1991, sont si violentes qu'elles peuvent dégager des dizaines de kilomètres cubes de cendre, capables d'obscurcir durablement le ciel. Mais ces événements ne sont rien en comparaison des super-éruptions comme celle survenue il y a 600 000 ans à Yellowstone, aux États-Unis. Ce sont des milliers de kilomètres cubes de cendres qui furent alors émises dans l'atmosphère, recouvrant probablement toute l'Amérique du Nord d'une couche de plusieurs centimètres. L'effondrement de la chambre magmatique laissa un cratère, appelé caldeira, de 45 km de large sur 85 km de long.
Deux études parues lundi dans Nature Geoscience expliquent les mécanismes probables à l'origine de ce type de super-éruptions. Une équipe emmenée par Wim Malfait, de l'université de Zurich, a mesuré la densité d'un magma fabriqué en laboratoire. "C'est un mélange de silicium et d'oxygène avec un peu d'aluminium chauffé à plus de 1 700 °C et comprimé à plus de 36 000 bars, des conditions que l'on retrouve typiquement à une dizaine de kilomètres de profondeur, explique Jean-Philippe Périllat, chercheur au Laboratoire de géologie de Lyon (CNRS UMR 5276) et coauteur de l'étude. Pour passer à travers le dispositif de confinement de ce magma artificiel, nous avons utilisé la puissante source de rayons X du synchrotron européen de Grenoble."
Un mécanisme très différent des éruptions classiques
Ils ont ainsi trouvé que la densité de cette sorte de granit liquéfié était inférieure à celle des roches de la croûte terrestre. Or "quand on essaie de maintenir un ballon rempli d'air sous l'eau, celui-ci va inévitablement chercher à remonter à la surface", rappelle Jean-Philippe Périllat. "Il va se passer exactement la même chose avec le magma emprisonné dans la roche." Lorsqu'une poche suffisamment grande parvient à se former, la pression qui s'exerce sur les parois qui l'emprisonnent devient si forte qu'elle provoque leur destruction. L'éruption associée est considérable.
Les mécanismes d'une éruption classique n'ont rien à voir. "C'est l'injection d'une petite quantité de magma supplémentaire dans une chambre magmatique de dimensions bien plus modestes qui provoque la surpression critique", rappelle Virginie Pinel, chercheuse à l'Institut des sciences de la Terre de l'université de Savoie et coauteur de la seconde étude. Dans cet article, les scientifiques ont modélisé les phénomènes thermomécaniques permettant de distinguer éruptions et super-éruptions à partir de paramètres simples.
"Le magma cherche à remonter comme un ballon rempli d'air plongé dans l'eau", Jean-Philippe Périllat, chercheur au Laboratoire de géologie de Lyon.
"Pour qu'un supervolcan se forme, il faut que le flux moyen de magma qui alimente la chambre soit relativement faible", explique-t-elle. Cela laisse le temps à la chambre de se déformer sans craquer. Les hautes températures vont favoriser le phénomène en "ramollissant" les parois. Le risque de surpression lié à un afflux de magma diminue au fur et à mesure que la chambre grossit: plus un ballon est gros, plus la contrainte supplémentaire liée à un petit apport d'air est faible. "En revanche, si le flux de magma est trop faible, la chambre va peu à peu se refroidir: le magma va cristalliser en profondeur pour former ce qu'on appelle un pluton," précise Virginie Pinel. Il n'y a alors pas d'éruption, la formation du supervolcan a échoué.
Une "poche" de supervolcan mettrait plusieurs centaines de milliers d'années à se former selon ces modèles. À l'heure actuelle, il n'existerait aucun supervolcan en formation. "Mais nous ne savons pas précisément par quels signaux cela se traduirait", souligne Virginie Pinel. Aux vues des conséquences catastrophiques qu'aurait une super-éruption, la plus grande vigilance reste de mise.