Les variations de température du magma sont à l'origine des différences dans les explosions volcaniques

Pourquoi certains volcans d'apparence similaire présentent-ils des comportements éruptifs très différents ? La réponse pourrait résider dans les processus thermiques au sein du magma, selon une nouvelle étude menée par l'Université de Manchester.

Ces résultats contribuent à trancher un débat de longue date sur la manière dont l'histoire thermique du magma influence la cristallisation avant et pendant les éruptions.

Formation différée de cristaux

En étudiant le magma issu de l'éruption du Tajogaite en 2021 à La Palma (Espagne), des chercheurs ont découvert qu'une « surchauffe » peut considérablement retarder la formation de cristaux lors de la remontée du magma vers la surface terrestre.

Lors de ce phénomène de surchauffe, le magma est porté à une température supérieure à celle à laquelle les cristaux sont stables. L'étude révèle que ces températures élevées peuvent dissoudre les petits germes cristallins préexistants qui, habituellement, favorisent l'amorçage de la cristallisation.

La surchauffe modifie également la structure interne du magma. Celui-ci devient plus homogène et moins propice à la nucléation, c'est-à-dire à la formation de nouveaux cristaux. Ce phénomène influe sur la vitesse de remontée du magma ainsi que sur la facilité avec laquelle les gaz volcaniques peuvent s'échapper ; ces deux facteurs jouent un rôle déterminant dans l'explosivité de l'éruption.

« Jusqu’à présent, nous ne comprenions pas parfaitement la dynamique de croissance des cristaux dans les magmas ayant subi un apport de chaleur (surchauffe) juste avant leur remontée. Toutefois, grâce à une nouvelle cellule de pression transparente aux rayons X — un dispositif innovant — couplée à la microtomographie à rayons X sur synchrotron, nous sommes désormais en mesure d’observer ces processus “in situ”. »

Conditions volcaniques reproduites en laboratoire

En laboratoire, des chercheurs ont reproduit les conditions volcaniques à l'aide de magma provenant de l'éruption du Tajogaite ; ce magma avait potentiellement subi une surchauffe avant l'éruption et durant sa remontée.

Ils ont pu observer la cristallisation en temps réel grâce à la microtomographie par rayons X sur synchrotron, au centre Diamond Light Source. En combinant ces observations avec des données issues d'expériences *ex situ* menées à Prague — lesquelles permettaient des temps d'observation plus longs —, l'équipe a suivi les processus de cristallisation dans des conditions contrôlées de haute température et de haute pression.

Les expériences ont révélé que le magma n'ayant pas subi de surchauffe commençait à cristalliser en une vingtaine de minutes environ. À l'inverse, le magma ayant subi une surchauffe n'a commencé à cristalliser qu'au bout de plus de huit heures.

Les chercheurs ont intégré les délais de nucléation mesurés expérimentalement dans des modèles numériques de remontée magmatique ; ces simulations prédisent le déplacement et l'évolution du magma lors de sa traversée de la croûte terrestre.

De longues pauses dans la cristallisation peuvent permettre au magma de remonter rapidement tout en conservant une fluidité relative, favorisant potentiellement des phénomènes spectaculaires de fontaines de lave. À l'inverse, un magma qui cristallise plus précocement est plus visqueux et remonte plus lentement, laissant davantage de temps aux gaz pour s'échapper et donnant lieu à une activité effusive plus modérée.

« Les modèles actuels d'aléa volcanique se concentrent généralement sur la chimie du magma, la teneur en gaz et les variations de pression », explique le Dr Margherita Polacci, maître de conférences en volcanologie à l'université de Manchester.

« Ces travaux suggèrent que l'histoire thermique pré-éruptive et la cinétique de cristallisation pourraient également jouer un rôle important dans le contrôle de la remontée du magma et du comportement éruptif, avec des implications pour l'évaluation des risques volcaniques. »