SUPERVOLCANS

Physique des éruptions explosives

L'élément indispensable pour nourrir une superéruption est donc un réservoir magmatique de très grande taille. Il faut ensuite que ce magma soit émis de façon explosive, ce qui implique deux caractéristiques particulières : le magma doit être riche en eau et très visqueux. Parmi les contextes géodynamiques reconnus à la surface de la Terre, celui des zones de subduction est ainsi le plus propice à la naissance de volcans explosifs et donc de supervolcans. Il se caractérise en effet par la production dans le manteau terrestre de magmas riches en eau (apportée par la subduction) qui, lors de leur remontée à travers la croûte continentale, se chargent en silice (SiO₂) et deviennent très visqueux. Ces laves sont appelées andésites, dacites ou rhyolites pour les plus riches en silice et qui nourrissent les supervolcans (plus de 75 p. 100 de silice). La composition chimique des rhyolites est assez proche de celle d'un granite ; leur teneur en eau varie entre 5 et 10 p. 100 en poids. Le magma hydraté est stocké dans une chambre magmatique à environ dix kilomètres sous la surface. Dans ce réservoir, le liquide se refroidit et « évolue » : des cristaux riches en fer, comme l'olivine, cristallisent et sédimentent dans la partie basse du réservoir magmatique. Il se forme alors un liquide résiduel qui devient de plus en plus léger (car moins riche en fer) et de plus en plus riche en gaz dissous (car ils ne sont pas capturés par les cristaux néoformés). Ces deux phénomènes contribuent à faire augmenter la pression dans le réservoir, jusqu'à ce que la limite de résistance des roches à la fracturation soit atteinte et que le magma se fraie un chemin jusqu'à la surface en formant un dyke (filon épais de quelques dizaines ou centaines de mètres de roche magmatique recoupant les structures de l'encaissant). Lors de cette remontée, en raison de la chute de pression qui diminue comme la hauteur de roche, l'eau dissoute dans le magma s'exsolve (se sépare) et forme des bulles ; le magma devient une mousse magmatique légère qui croît en volume fortement. Deux évolutions sont alors possibles. Dans le cas d'une lave peu visqueuse, les bulles coalescent et viennent exploser en surface, comme au Stromboli, volcan des îles Éoliennes. Si, au contraire, la lave est très visqueuse, les bulles restent sous forte pression, prisonnières du liquide magmatique. En raison de l'accélération et de l'expansion de la mousse magmatique, les bulles s'étirent et se déforment jusqu'à ce que l'écoulement ne soit plus stable et que la mousse se fragmente. L'explosion produit une myriade de gouttelettes de liquide et de fragments pyroclastiques dispersés dans un jet de gaz turbulent, qui donne une colonne plinienne au-dessus de l'évent.