Mieux comprendre les Ă©ruptions volcaniques
Il existe différents types d’éruptions volcaniques allant de petites éruptions relativement fréquentes ayant peu d’impact sur les humains et l’environnement à de rares éruptions d’une ampleur telle qu’elles peuvent mettre en péril des civilisations entières.
Si les chercheurs ne comprennent pas entièrement les mécanismes qui contrôlent l’ampleur des éruptions, ils savent néanmoins qu’elles sont mues par l’expansion rapide de bulles formées par l’eau et d’autres substances volatiles emprisonnées dans la roche en fusion qui remonte vers la surface sous un volcan. Ce mécanisme s’apparente à ce qui se produit lorsqu’on agite une bouteille de boisson gazéifiée avant de la déboucher. C’est l’influence réciproque de la croissance des bulles et de la libération de gaz qui détermine si le volcan, ou la boisson, produit une éruption violente ou libère lentement ses gaz. L’étude de la formation et de la croissance des bulles, ainsi que de leurs effets sur les propriétés du magma fournit donc des renseignements clés pour rehausser notre compréhension des éruptions volcaniques et, ultérieurement, mieux en prédire l’ampleur.
Une Ă©quipe internationale de chercheurs dirigĂ©e par le professeur Don R. Baker du DĂ©partement des sciences de la Terre et des planètes de l’UniversitĂ© Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ vient de publier une nouvelle Ă©tude dans la revue NatureĚýCommunications qui donne Ă penser que la diffĂ©rence entre une petite et une grande Ă©ruption dĂ©pend des dix premières secondes de croissance des bulles dans la roche en fusion. Ces constatations soulignent la nĂ©cessitĂ© d’établir des rĂ©seaux de surveillance des volcans pouvant mesurer des changements rapides du flux et de la composition des gaz durant ces instants brefs, mais cruciaux.Ěý
Les chercheurs ont examinĂ© la croissance de bulles volcaniques en temps rĂ©el. En chauffant de la roche en fusion contenant de l’eau Ă l’aide d’un système de chauffage au laser mis au point rĂ©cemment Ă la Source de Lumière Suisse, Ă Villigen, en Suisse, ils ont pu effectuer la microtomographie X tridimensionnelle d’échantillons durant les 18Ěýpremières secondes de croissance de bulles et de moussage. Les images ainsi obtenues leur ont permis de mesurer le nombre et la taille des bulles, d’examiner la gĂ©omĂ©trie des contacts entre ces dernières et de dĂ©terminer le taux de libĂ©ration des gaz et de diminution de la rĂ©sistance de la mousse.Ěý
Les chercheurs ont constatĂ© que des milliers de petites bulles au centimètre cube se forment initialement, piĂ©geant ainsi le gaz, mais qu’elles coalescent rapidement en une mousse constituĂ©e de bulles plus grandes dont la rĂ©sistance diminue rapidement parallèlement Ă une augmentation du taux de libĂ©ration du gaz. Tous ces changements se produisent au cours des 15Ěýpremières secondes de croissance des bulles. Les chercheurs ont ensuite cernĂ© les conditions de formation et de croissance des bulles menant Ă leur rupture dans la roche en fusion.
À la lumière de ces résultats, Don Baker et son équipe postulent que des roches en fusion, contenant ne serait‑ce qu’une infime quantité d’eau pourraient produire de grandes éruptions dévastatrices. Si, dans la plupart des cas, la croissance des bulles est limitée par une libération suffisamment rapide des gaz, donnant lieu à de petites éruptions, un taux d’expansion des bulles exceptionnellement élevé ou des conditions empêchant la coalescence des bulles peuvent produire de grandes éruptions.
Ces rĂ©sultats constituent une petite – bien qu’importante – avancĂ©e vers l’atteinte de l’objectif, soit la capacitĂ© de prĂ©dire le type d’éruption selon la rĂ©gion volcanique. «ĚýLes travaux futurs devront se concentrer sur les premières secondes de croissance des bulles et sur les effets des cristaux sur cette dernièreĚý», prĂ©cise DonĚýBaker.
Les coauteurs de l’étude sont Francesco Brun, de l’Universita' degli Studi di Trieste (Italie), Lucia Mancini d’Elettra - Sincrotrone Trieste, Cedrick O'Shaughnessy, ancien Ă©tudiant Ă la maĂ®trise de Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ, Julie L. Fife de la Source de Lumière Suisse Ă l’Institut Paul Scherrer, et Mark Rivers, de l’UniversitĂ© de Chicago.
L’étude a bénéficié du soutien financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et de la Source de Lumière Suisse.
Pour accĂ©der Ă l’étudeĚý:
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PHOTO ĚýDON R. BAKER