Des géologues de l’UNIGE et de l’Université de Pékin ont mis au point une technique qui permet d’estimer la taille maximale d’une future super-éruption du volcan Toba à Sumatra.
On estime qu’environ 5 à 10 volcans dans le monde sont capables de produire une super-éruption qui pourrait affecter de manière catastrophique le climat mondial. L’un de ces volcans se cache sous les eaux du lac Toba à Sumatra et a provoqué deux super-éruptions au cours du dernier million d’années. Mais à quand la prochaine ? Y aura-t-il des signes avant-coureurs? Pour répondre à ces questions, une équipe internationale de géologues dirigée par l’Université de Genève (UNIGE), en Suisse, et l’Université de Pékin, en Chine, a développé une analyse des niveaux d’uranium et de plomb dans les zircons – un minéral typiquement trouvé dans les éruptions volcaniques explosives – pour déterminer combien de temps il a fallu au volcan pour se préparer à ses super-éruptions. Malheureusement, ces résultats, publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), réfutent l’idée que des signes géologiques inhabituels annonceraient une super-éruption imminente. Au lieu de cela, le magma s’est accumulé silencieusement dans le réservoir de magma jusqu’à ce que ces explosions massives se produisent.
Le volcan Toba à Sumatra a provoqué deux des plus grandes éruptions connues sur Terre : la première il y a 840 000 ans, la seconde il y a 75 000 ans, mesurant chacune environ 2’800 km3, de quoi recouvrir toute la Suisse de 7 cm d’épaisseur de cendres, et représentant 70 000 fois la quantité de magma éclatée à ce moment par l’éruption en cours de La Palma. Deux autres éruptions plus petites ont eu lieu, l’une il y a 1,4 million d’années et l’autre il y a 500 000 ans.
Photo du lac Toba à Sumatra et de son île créée par l’accumulation de magma dans le réservoir de magma du volcan. Crédit : © UNIGE
Les géologues de l’UNIGE et de l’Université de Pékin s’intéressent au volcan Toba car il n’existe aucun enregistrement historique de la réponse humaine à une super-éruption de la taille qu’elle a produite dans le passé. Un tel événement affecterait le climat mondial et poserait de nombreux problèmes, notamment en termes d’approvisionnement alimentaire, sans parler de la migration des populations. “Le volcan Toba forme une caldeira, ce qui signifie que les éruptions précédentes ont créé une grande dépression qui est aujourd’hui occupée par de l’eau météorique”, explique Luca Caricchi, professeur au Département des sciences de la Terre de la Faculté des sciences de l’UNIGE et co-auteur de l’étude. Au centre du lac se trouve une île qui est sortie de l’eau à cause de la poussée du magma injecté dans le réservoir subvolcanique. “Nous pouvons voir que cette île augmente progressivement en hauteur, indiquant que le volcan est actif et que du magma s’accumule en dessous”, explique Ping-Ping Liu, professeur à la Faculté des sciences de la Terre et de l’espace de l’Université de Pékin et auteur principal de l’article. Mais sommes-nous proches de la prochaine super-éruption ?
Mesurer l’uranium et le plomb dans le zircon
Le zircon est un minéral qui se trouve dans les produits des éruptions volcaniques explosives. « L’une de ses caractéristiques est qu’il prend de l’uranium au sein de sa structure, explique Ping-Ping Liu. Au fil du temps, l’uranium se désintègre en plomb. “Donc, en mesurant la quantité d’uranium et de plomb dans le zircon avec un spectromètre de masse, on peut déterminer son âge”, précise le géologue. Les scientifiques ont déterminé l’âge d’un grand nombre de zircons extraits des produits de différentes éruptions : le zircon le plus jeune renseigne sur la date de l’éruption et les zircons plus anciens révèlent l’histoire de l’accumulation de magma précédant les super-éruptions.
“La première super-éruption s’est produite il y a environ 840 000 ans après 1,4 million d’années d’apport de magma, alors que le magma a alimenté la deuxième super-éruption à 75 000 ans accumulée seulement en 600 000 ans”, note Luca Caricchi. Pourquoi le temps d’accumulation de magma a-t-il été divisé par deux même si les deux super-éruptions étaient de la même taille ? « Ceci est lié à l’augmentation progressive de la température de la croûte continentale dans laquelle s’assemble le réservoir magmatique de Toba », explique Ping-Ping Liu. L’apport de magma a progressivement réchauffé la croûte continentale environnante, ce qui ralentit le refroidissement du magma. “Il s’agit d’un” cercle vicieux “d’éruptions : plus le magma chauffe la croûte, plus le magma se refroidit lentement et plus le taux d’accumulation de magma s’accélère”, dit-elle. Le résultat est que les super-éruptions peuvent devenir plus fréquentes avec le temps.
Estimer le taux d’accumulation de magma pour anticiper la taille de la prochaine super-éruption
Cette technique, basée sur la géochronologie du zircon, peut également être utilisée pour estimer le taux d’apport de magma dans un réservoir de magma. “Aujourd’hui, nous estimons qu’environ 320 km3 de magma pourraient être prêts à entrer en éruption dans le réservoir du volcan Toba”, explique Luca Caricchi. Si une telle éruption se produisait maintenant, ce serait un événement très catastrophique qui affecterait fortement non seulement l’île très peuplée de Sumatra mais aussi l’environnement mondial. Les géologues ont estimé qu’actuellement environ 4 km3 de magma éruptible s’accumule dans le réservoir de magma de Toba tous les mille ans et que ce taux était plutôt stable tout au long de son histoire éruptive. “La prochaine super-éruption de la taille des deux dernières aurait donc lieu dans environ 600 000 ans”, poursuit-il. Cela n’exclut pas que de plus petites éruptions puissent se produire entre-temps.
Cette méthode innovante peut être appliquée à n’importe quel autre volcan dans le monde et pourrait servir à identifier quel volcan est le plus proche d’une super-éruption. “C’est une grande avancée, car avec peu de super-éruptions au cours des 2 derniers millions d’années, il ne nous est pas possible d’obtenir des valeurs statistiquement significatives pour la fréquence de ces événements catastrophiques à l’échelle mondiale”, explique Ping-Ping Liu. « Notre étude montre également qu’aucun événement extrême ne se produit avant une super-éruption. Cela suggère que les signes d’une super-éruption imminente, tels qu’une augmentation significative des tremblements de terre ou un soulèvement rapide du sol, pourraient ne pas être aussi évidents que ceux illustrés dans les films catastrophe de l’industrie cinématographique. Au volcan Toba, tout se passe silencieusement sous terre, et l’analyse des zircons nous donne désormais une idée de ce qui nous attend », conclut Luca Caricchi.
Référence : « Croissance et maturation thermique du réservoir de magma de Toba » par Ping-Ping Liu, Luca Caricchi, Sun-Lin Chung, Xian-Hua Li, Qiu-Li Li, Mei-Fu Zhou, Yu-Ming Lai, Azman A. Ghani, Theodora Sihotang, Tom E. Sheldrake et Guy Simpson, 1er novembre 2021, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2101695118
