Des cristaux révèlent la dangerosité des volcans

Publié par Adrien le 06/11/2020 à 09:00
Source: Université de Genève
Une nouvelle technique d'analyse permet d'évaluer le volume des réservoirs de magma volcaniques et de renseigner sur l'ampleur potentielle des éruptions à venir.


Image de cathodoluminescence des cristaux de zircon du volcan Nevado de Toluca au Mexique. © UNIGE/WEBER

La plupart des volcans sont dormants et ne sont plus entrés en éruption depuis des centaines voire des milliers d'années. Leur dangerosité est souvent négligée par les habitants vivants à leur proximité. Une équipe de volcanologues de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en Suisse. Fondée en 1559 par Jean Calvin, sous le nom...) (UNIGE), en collaboration avec l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) d'Heidelberg (Heidelberg est une ville d'Allemagne située dans la vallée du Neckar, au nord-ouest du Land de Bade-Wurtemberg. Le nom de "Heidelberg" provient peut-être de...) en Allemagne, a mis au point (Graphie) une technique pouvant prédire le potentiel dévastateur des volcans. Grâce à l'extraction de zircon (Le mot zircon provient soit de l'arabe zarqun, « cinabre », ou du perse zargun, doré. On retrouve cette étymologie dans l'anglais jargoon, qui...), un petit cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon...) contenu dans les roches volcaniques, les scientifiques sont parvenus à calculer la taille des réservoirs de magma éruptible du volcan mexicain Nevado de Toluca. Avec un réservoir de 350 km3, soit environ quatre fois le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) du lac Léman (Le lac Léman (aussi appelé lac de Genève dans certaines régions) est un grand lac d'origine glaciaire situé entre la Suisse et la France. Son nom,...), ce volcan est potentiellement ravageur. La technique, applicable à la plupart des volcans à travers le globe, est décrite dans la revue scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) Nature Communication.

Les éruptions volcaniques les plus dévastatrices de ces 100 dernières années étaient celles des volcans qui entrent rarement en éruption et qui ont de ce fait échappé aux radars des scientifiques. Aujourd'hui, la vie (La vie est le nom donné :) des 800 millions de personnes dans le monde (Le mot monde peut désigner :) vivant aux alentours de volcans en dépend. Un facteur déterminant de la dangerosité d'un volcan est le volume de magma éruptible présent dans les réservoirs et les galeries volcaniques. Il renseigne sur l'ampleur potentielle des éruptions à venir. Malheureusement, cette quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) de magma est indécelable par observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) directe puisqu'elle repose à des profondeurs allant de 6 à 10 km de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) terrestre.

Des montres avec thermomètres intégrés

Les volcanologues de l'UNIGE ont utilisé une nouvelle approche qui combine la géochronologie du zircon et la modélisation thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des...), pour déterminer le volume de magma potentiellement éruptible présent dans les réservoirs volcaniques. Le zircon est un petit cristal présent dans les roches volcaniques, il contient de l'Uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou l'arsenic, quatre fois...) et du Thorium (Le thorium est un élément chimique, un métal de la famille des actinides, de symbole Th et de numéro atomique 90.).

"Comme ce sont des éléments radioactifs, nous pouvons dater leur cristallisation. De plus, le zircon ne cristallise que dans une plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de matériaux d'une taille allant des sables fins aux blocs ». La plage ne se limite donc pas aux étendues de sable...) de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) spécifique. Grâce à ces deux paramètres, la vitesse (On distingue :) de refroidissement du magma sous le volcan peut être calculée. Plus le volume est grand, plus il faut de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) pour le refroidir. Nous pouvons donc déduire le volume de magma de la vitesse de refroidissement. Nous avons analysé les zircons en éruption sur les dernières 1,5 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) d'années, déterminant ainsi l'évolution de la température du magma stocké sous le volcan au fil du temps, donc de son volume.", indique Gregor Weber, postdoctorant à l'UNIGE et co-auteur de l'étude. L'approche a une résolution deux fois supérieure aux techniques préexistantes.

Monstre endormi

L'étude applique sa méthodologie au volcan mexicain de Nevado de Toluca, appelé également Xinantécatl, un exemple emblématique de volcan en sommeil (Le sommeil est un état naturel récurrent de perte de conscience (mais sans perte de la réception sensitive) du monde extérieur, accompagnée d'une diminution progressive du...) situé dans une zone très peuplée dans le voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui...) de la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de...) de Mexico (Mexico (en espagnol Ciudad de México) est la capitale du Mexique ; elle est située dans les hauteurs du centre du pays à une altitude de 2200 m. Elle est souvent désignée par l'appellation officielle distrito federal...). Les résultats ont permis de déterminer la taille maximale d'une future éruption de ce volcan. Avec un volume de 350 km3, l'éruption du volcan mexicain est donc potentiellement dévastatrice. "Le système peut rapidement se réveiller si l'apport de magma en profondeur reprend", alerte Gregor Weber.

Orienter les radars

Cette découverte est essentielle pour évaluer quantitativement le risque volcanique. "Il est important de connaître la taille d'un réservoir volcanique afin de pouvoir identifier les volcans qui sont les plus susceptibles de produire une future éruption de grande ampleur. Notre approche est une nouvelle façon d'évaluer les candidats à de telles éruptions,", précise Gregor Weber. Cette approche est applicable à la plupart des volcans, qu'ils soient en activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) ou endormis, et offre de précieuses indications pour savoir quels systèmes volcaniques doivent être surveillés de plus près.
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