ONDES DE GAZ, volcanologie

Les ondes de gaz magmatique, ou ondes de porosité, sont des phénomènes se produisant au sein du magma des volcans de subduction qui peuvent expliquer une certaine périodicité de leur activité.

La surveillance des volcans actifs s’est largement développée au cours des dernières décennies. L’ascension du magma sous les volcans actifs cause en effet des petits séismes et des déformations du sol ; elle conduit aussi à l’échappement de gaz magmatique en surface. Tous ces phénomènes sont maintenant enregistrés par des réseaux locaux, principalement constitués de sismomètres (mesurant les secousses sismiques), mais aussi d’inclinomètres (mesurant les déformations du sol), qui sont installés dans les observatoires volcaniques et dédiés à l’étude et à la surveillance d’un volcan particulier. Ces enregistrements ont permis de montrer que les volcans explosifs au magma riche en silice, dits « volcans gris » (ainsi appelés par les volcanologues Maurice et Katia Krafft), typiques des zones de subduction, présentaient souvent un comportement cyclique au cours d’une phase éruptive, avec une période caractéristique de quelques heures à quelques jours.

Cette périodicité a été mise en évidence au volcan de la Soufrière Hills (Montserrat, Petites Antilles), mais aussi au mont Pinatubo (Philippines) ou encore au volcan Sakurajima (Japon). À la Soufrière Hills, en 1996-1997, elle a été enregistrée par les inclinomètres, révélant des épisodes cycliques d’inflation et de déflation de l’édifice, ainsi que par les sismomètres : le nombre d’événements sismiques par unité de temps ou encore l’amplitude des signaux sismiques augmentent et diminuent selon cette même périodicité. Pour ces volcans, le pic du cycle est marqué par le maximum d’inflation et des densités de mouvements sismiques plus importantes. Ces périodes d'activité correspondent en général à un événement éruptif important, comme un écoulement pyroclastique, une explosion ou encore un épisode de croissance rapide du dôme volcanique associé à un fort dégazage.

Ce comportement périodique trouve certainement son origine au sein du conduit volcanique puisque les signaux liés à cette périodicité ne sont enregistrés qu’à proximité de l’évent. Les laves des volcans gris sont très visqueuses, car elles sont riches en silice, et initialement très riches en eau. Lors de son ascension, l’eau dissoute dans le magma s’en dissocie et forme une phase gazeuse au sein de la matrice magmatique qui devient alors de plus en plus sèche et visqueuse alors qu’elle atteint le sommet du conduit. Un bouchon de magma rigide se forme ainsi en haut du conduit volcanique et obstrue l’évent. La formation et le comportement de ce bouchon qui glisse et se lie alternativement aux murs du conduit expliquent que les taux d’éruption peuvent varier abruptement au cours d’une même phase éruptive. Cependant, la cause de la périodicité des événements éruptifs majeurs restait floue. Celle-ci vient de trouver une explication dans le fait que des ondes de gaz magmatique, ou ondes de porosité, qui résultent de la différence de comportement entre le gaz et le magma lors de leur ascension dans le conduit, peuvent se former dans le conduit (C. Michaut, Y. Ricard, D. Bercovici et R. S. J. Sparks, « Eruption cyclicity at silicic volcanoes potentially caused by magmatic gas waves », in Nature Geosciences, vol. 6, pp. 856-860, 2013).

La lave qui pénètre dans le conduit est en effet un mélange de magma et de gaz, aux propriétés physiques très différentes. Le gaz, plus léger que le magma, s'élève plus vite et se sépare de celui-ci. De plus, lors de son ascension, le gaz se détend par décompression. Pour le laisser passer, le magma se déforme et se compacte. Ce faisant, il comprime ce gaz ascendant. S’instaure alors une compétition entre compression du gaz et expansion du gaz[...]