L’éruption d‘un supervolcan, il y a 600 000 ans dans le Wyoming (Etats-Unis) a créé le cratère gigantesque, appelé caldeira, au centre duquel se trouve le Parc National de Yellowstone. L’éruption a éjecté plus de 1000 kilomètres cubes de cendres et de lave dans l’atmosphère, cent fois plus que l’éruption du Mont Pinatubo aux Philippines en 1992.
Les éruptions des supervolcans ont un impact majeur sur le climat de la Terre. L’éruption du Pinatubo, qui n’est pas un supervolcan, a abaissé la température du globe de 0,4 degré pendant plusieurs mois. Pour un supervolcan, la chute de température pourrait être de 10 degrés pendant 10 ans.
Un phénomène inévitable
Selon un rapport de la Société géologique de Londres « même la science-fiction ne peut imaginer un mécanisme crédible qui permettrait d’éviter l’éruption d’un supervolcan. Nous devons cependant essayer de comprendre les mécanismes impliqués dans les super-éruptions et prédire la catastrophe suffisamment à l’avance pour que la société en soit avertie. La préparation est le seul moyen de limiter les effets désastreux d’une super-éruption. »
Les mécanismes des éruptions de supervolcans restés obscurs jusqu’à présent sont bien différents des phénomènes éruptifs observés dans les volcans conventionnels
Un supervolcan a plusieurs caractéristiques :
– sa chambre magmatique est beaucoup plus grande
– il est toujours situé dans une zone où le flux thermique en provenance du centre de la Terre est très élevé.
– la forme de la chambre magmatique beaucoup plus grande et chaude, plus déformable change en fonction de la pression au fur et à mesure qu’elle se remplit de magma chaud. Cette plasticité permet à la pression de se dissiper plus efficacement que dans un volcan normal, dont la chambre magmatique est plus rigide, jusqu’à une certaine limite.
Les supervolcans explosent moins souvent. Mais ils finissent par exploser. Wim Malfait de l’ETH Zurich explique : « L’élément déclenchant est une pression additionnelle causée par les différences de densité entre la roche solide et le magma liquide. On pourrait comparer cela à un ballon de foot rempli d’air que l’on plonge dans l’eau et qui remonte à la surface car l’eau est plus dense tout autour. »
Cette pression additionnelle suffit-elle pour causer des fissures de la croûte terrestre, suivie d’une éruption violente ? Faut-il une source d’énergie externe comme un tremblement de terre ?
Faute de pouvoir percer un trou dans la chambre magmatique d’un supervolcan les scientifiques ont reproduit en laboratoire les conditions extrêmes de pression et de température au niveau du magma. « Les rayons X de l’ESRF ( Rayonnement Synchrotron de grenoble) permettent de connaître l’état (liquide ou solide) de la matière et les changements de densité lorsque le magma cristallise sous forme de roche.
L’appareillage utilisé sur une ligne de lumière de l’ESRF comprend, àgauche, la presse Paris-Edimbourg au centre de laquelle les échantillons de roche sont soumis à pressions allant jusqu’à 36 000 atmosphères puis chauffés avec un four résistif à plus de 1700 degrés. © ESRF/Blascha Faust
Jean-Philippe Perrillat, chercheur au Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (CNRS/ Université Claude Bernard Lyon 1 / ENS de Lyon), ajoute : « Des températures de plus de 1700 degrés et des pressions jusqu’à 36 000 atmosphères peuvent être atteintes à l’intérieur d’une presse où de minuscules échantillons de roche sont placés entre les deux pointes d’une enclume en carbure de tungstène puis chauffés avec un four résistif. Cet appareillage a été utilisé pour déterminer très exactement la densité du magma liquide sur une large gamme de pressions et de températures. »
Le rôle de l’eau
Les scientifiques ont établi les densités de magma en fonction du contenu en eau qui influe sur la pression. Les expériences ont montré que la pression résultant des différences de densité entre la roche solide et le magma liquide suffit à fissurer la croûte terrestre sur une distance de 10 km de la chambre magmatique. Carmen Sanchez-Valle de l’ETH Zurich conclut : « Notre recherche a montré que la pression est suffisante pour que la croûte terrestre se fissure et le magma pénètre dans la croûte, même en l’absence d’eau ou de bulles de dioxyde de carbone. En montant vers la surface, une expansion violente du magma connue pour être à l’origine des explosions volcaniques, peut se mettre en place.»
