Inondation post-éruptive de la caldera de Santorin et implications sur la formation de tsunamis

La formation de calderas sur les îles volcaniques, telle que celle du volcan Santorin (Grèce) à l'âge de bronze, est connue pour être à l'origine de tsunamis. La prévision des impacts de tels tsunamis reste cependant limitée du fait de la faible compréhension des mécanismes qui leur donnent naissance. Ayant combiné de nouvelles données bathymétriques et sismiques obtenues dans l'archipel de Santorin à des observations de terrain de dépôts terrestres, une équipe internationale de scientifiques vient de démontrer que la caldera de Santorin n'était pas ouverte sur la mer au moment de la phase principale de l'éruption du volcan. Elle ne fut inondée par la mer qu'une fois l'éruption terminée, via un énorme chenal situé au nord-ouest de la caldera. C'est donc l'entrée en mer, au paroxysme de l'éruption, d'écoulements pyroclastiques qui a été la source principale des tsunamis provoqués par cette éruption.


L'éruption du volcan Santorin, à l'âge du bronze, fut l'une des plus puissantes des 10 000 dernières années (30-80 km de magma et de roches) et eu peut être des conséquences sur le déclin de la civilisation minoenne en Crête. Cette éruption causa la vidange d'une chambre magmatique sous le volcan ce qui entraina l'effondrement d'une caldera de 10 km x 7 km dont le fond repose désormais 300 à 400 m sous la surface de la mer. Les tsunamis créés par l'éruption affectèrent la côte nord de la Crête et possiblement un large secteur de côtes situé à l'est de la méditerranée. Même si cette éruption n'a pas causé directement le déclin minoen, elle est susceptible d'y avoir contribué par la destruction des bateaux et des ports et donc du commerce maritime.

Des études précédentes de dépôts terrestres de l'éruption ont montré que la dernière phase éruptive a impliqué l'émission d'écoulements pyroclastiques chauds et rendus fluides par émission de gaz chauds (processus de fluidisation). Ce type d'écoulement étant incompatible avec une interaction avec l'eau de mer, cela signifie que la caldera devait être encore sèche en fin d'éruption. Or, l'effondrement de cette caldera ayant probablement été synéruptif, comme pour beaucoup de calderas, l'entrée immédiate de la mer a dû être empêchée par l'accumulation d'épais dépôts volcaniques. Une fois la caldera effondrée, ces barrières auraient cédé, permettant le remplissage par la mer.

Comment et en combien de temps cette inondation a-t-elle eu lieu ? Pour tenter de répondre à cette question, les chercheurs d'une équipe internationale ont analysé deux types de données marines acquises, au cours de différentes campagnes, au niveau des trois détroits (un au NO et deux au SO) qui connectent aujourd'hui la caldera de Santorin à la mer: des données bathymétriques multifaisceaux ainsi que des profils sismiques des sédiments recouvrant la caldera.

Le détroit du NO, en forme de U et limité vers l'extérieur par une large paroi arquée ('headwall'), est long de 3 km, large d'1 km et d'un volume de 2 à 2,5 km. La nature très fortement érodée de la paroi et du fond du chenal suggère que ce détroit a dû être creusé, lors du remplissage post-éruptif de la caldera, par un courant d'eau particulièrement puissant combiné à une érosion régressive et à des glissements. La ressemblance avec les érosions associées aux ruptures de barrages artificiels est d'ailleurs particulièrement frappante même si, à Santorin, l'échelle est bien plus imposante. Les simulations numériques réalisées par les chercheurs, à l'aide du code VolcFlow développé au LMV, indiquent que le remplissage complet de la caldera aurait nécessité quelques jours avec des débits d'eau aussi énormes que 250 000 m/s.

En revanche, les deux détroits SO étant des cicatrices bien préservées de glissements de terrain, les chercheurs les ont interprétés comme s'étant formés une fois la caldera remplie par la mer.

Si les sources possibles des tsunamis associés aux éruptions volcaniques incluent séismes et explosions, les modèles indiquent que les deux sources les plus efficaces sont l'effondrement de la caldera et l'entrée en mer d'écoulements pyroclastiques. Or, ce travail a montré que les tsunamis de Santorin n'ont pas pu être déclenchés par l'effondrement de la caldera, puisque celle-ci n'était pas connectée à la mer à ce moment-là. Il est donc fort probable qu'ils aient été engendrés par l'entrée en mer, au paroxysme de l'éruption, de gigantesques volumes d'écoulements pyroclastiques.

Ces résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la genèse des tsunamis par les écoulements pyroclastiques et serviront à l'amélioration des modélisations inverses à partir des mesures de hauteurs de vagues à la côte.

Publication:
Nomikou, P, T.H. Druitt, C. Hübscher, T.A. Mather, M. Paulatto, L.M. Kalnins, K. Kelfoun, D. Papanikolaou, K. Bejelou, D. Lampridou, D.M. Pyle, S. Carey, A.B. Watts, M.M. Parks (2016). Post-eruptive flooding of Santorini caldera and implications for tsunami generation. Nature Communications 7, 13332, http://dx.doi.org/10.1038/NCOMMS13332.

Contacts chercheurs:
Timothy Druitt, LMV/OPGC
Karim Kelfoun, LMV/OPGC