Les tremblements de terre peuvent-ils provoquer des éruptions volcaniques ?

Les tremblements de terre font partie des phénomènes naturels les plus impressionnants. Il n’est donc pas surprenant qu’ils soient parfois soupçonnés d’être en mesure de déclencher des éruptions volcaniques.

Les volcans terrestres sont souvent situés dans des régions sismiques. Il suffit de prendre la ceinture de feu du Pacifique, une région en forme de fer à cheval qui trace les bords des plaques tectoniques autour du bassin du Pacifique. Cette zone abrite 90 % des tremblements de terre enregistrés dans le monde et 75 % des volcans actifs de la planète.

Dans de tels points chauds sismiques, les éruptions et les tremblements de terre ont souvent lieu à peu près au même moment, du moins c'est exactement ce à quoi on semble s'attendre. Malgré de fréquentes spéculations, on ne peut automatiquement présumer qu’il existe un lien de causalité entre un séisme donné et une éruption ultérieure.

« Le volcan se préparait peut-être déjà à entrer en éruption ou était déjà en éruption depuis un moment », explique la volcanologue Janine Krippner.

Néanmoins, la question de savoir si les tremblements de terre peuvent causer des éruptions volcaniques est un sujet de recherche sérieux sur lequel les experts se penchent depuis des siècles. Et plusieurs études récentes suggèrent qu'un lien pourrait potentiellement exister dans certaines situations. 

ENQUÊTER DANS LA BRUME

Atsuko Namiki, professeur agrégé de géosciences à l'université d'Hiroshima, met en lumière quelques études géophysiques comportant des données suggérant un lien de causalité entre ces événements géologiques. Un article de 1993, par exemple, établit un lien entre un séisme de magnitude 7,3 en Californie et des grondements volcaniques et géothermiques immédiatement après. Et une étude de 2012 estime qu'un séisme de magnitude 8,7 au Japon en 1707 a forcé un magma profond à pénétrer dans une chambre magmatique peu profonde, déclenchant une énorme explosion au mont Fuji 49 jours plus tard.

Même la US Geological Survey (USGS), toujours très prudente, affirme que des tremblements de terre peuvent parfois déclencher des éruptions. L'agence suggère que certains exemples historiques impliquent qu'un tremblement de terre intense, ou sa capacité à modifier autrement la pression locale autour de la source magmatique à proximité, peut déclencher des troubles volcaniques. Ils citent le séisme d'une magnitude de 7,2 sur le volcan Kilauea à Hawaï le 29 novembre 1975, qui fut rapidement suivi d'une éruption de courte durée.

Seulement cela pose plusieurs questions. Premièrement, comme le souligne l’USGS, les mécanismes qui déclenchent de tels événements ne sont pas bien compris et les documents liant les tremblements de terre à des éruptions ultérieures ne peuvent être basés que sur des hypothèses.

Deuxièmement, il est possible que la question du temps dans tous ces exemples soit juste une coïncidence. Les géologues doivent comprendre le déclenchement spécifique d'un événement géologique de cette sorte et exclure toutes les hypothèses avant qu’une connexion puisse être définitivement établie - ce que la complexité géologique de la Terre rend extrêmement compliqué à établir.

MIS EN ERREUR PAR DARWIN

Les analyses statistiques tentent de s'attaquer de front au problème du hasard. En 1998, un article paru dans Nature posait la question de savoir si des séismes de magnitude 8,0 ou plus pouvaient déclencher une éruption volcanique explosive à moins de 800 kilomètres de son épicentre sous cinq jours. À partir de données datant du 16^e siècle à nos jours, ses auteurs ont découvert que ces types d’éruptions se produisaient quatre fois plus souvent que le hasard ne pouvait l'expliquer.

De même, un document de 2009 a utilisé des données historiques pour montrer que les tremblements de terre de magnitude 8,0 au Chili étaient associés à des taux d'éruption significativement élevés dans un rayon de 500 kilomètres. Le problème, c'est que ces types de données historiques ne sont pas d'une exactitude irréprochable.

« Les séismes majeurs et les grandes éruptions volcaniques sont des événements relativement peu fréquents, et les scientifiques ne documentent ces enregistrements de manière fiable que depuis un demi-siècle environ, selon la région », indique Theresa Sawi, chercheuse en géophysique à l'Université de Californie.

David Pyle, professeur de volcanologie à l'Université d'Oxford, fait remarquer que l'un des premiers écrivains à avoir établi un lien entre les tremblements de terre et les éruptions volcaniques n'était autre que Charles Darwin.

En 1840, Darwin recueillit des témoignages oculaires sur certains changements mineurs survenus sur les volcans chiliens à la suite du puissant tremblement de terre de 1836. On ignore si des éruptions ont eu lieu, « néanmoins, tous ces événements se retrouvent dans le catalogue des éruptions volcaniques et semblent maintenant constituer une preuve du déclenchement des tremblements de terre », déclare Pyle.

UNE PRESSION PROGRESSIVE

Sawi est coauteur d'une analyse statistique plus récente dans le Bulletin of Volcanology qui tente de contourner ce problème. Cette étude s'est concentrée uniquement sur des données plus solides sur le plan scientifique collectées à partir de 1964, et s'est penchée sur des séismes plus petits, d'une magnitude au moins égale à 6,0 qui se sont produits à 800 kilomètres d'une éruption volcanique.

L’équipe a identifié 30 volcans qui pourraient avoir à un moment donné subi une éruption potentiellement déclenchée. Sur une échelle de jours, l'équipe n'a trouvé aucune preuve de déclenchement qui ne puisse être expliquée par le seul hasard. Ce résultat va en fait à l’encontre de l’une des conclusions d’une revue de 2006 mettant en vedette Michael Manga, co-auteur du nouveau journal.

« Il est agréable de voir des chercheurs qui ne craignent pas de tirer des conclusions contraires à leurs travaux précédents », estime Oliver Lamb, volcanologue à l'Université de Caroline du Nord. « C'est ainsi que la science devrait fonctionner. »

Curieusement, l’étude de Sawi a révélé une augmentation du nombre d’éruptions explosives de 5 à 12 % deux mois à deux ans après un séisme majeur. Cet écart est à la fois surprenant et intéressant, selon Lamb, mais il est également assez petit.

Jackie Caplan-Auerbach, professeure agrégée de sismologie et de volcanologie à la Western Washington University, juge que le document « souligne en effet à quel point il est peu probable qu'un tremblement de terre puisse déclencher une éruption ».

Comment, alors, expliquer cette tendance à long terme ? Ce qui peut arriver dans ce laps de temps, c’est que les ruptures causées par les tremblements de terre ouvrent de nouvelles voies au magma pour rejoindre progressivement la surface. Les secousses, avec le temps, pourraient également créer des bulles supplémentaires dans le magma, ce qui augmenterait sa pression - un peu comme l'action de secouer une canette de soda.

Le séisme peut encore étirer la roche autour du réservoir de magma d'un volcan, ce qui inciterait des gaz à sortir de la roche en fusion et augmenterait la pression dans le réservoir.

CHÉRIE, J'AI RÉTRÉCI LE VOLCAN

Pour Caplan-Auerbach, si un tremblement de terre déclenche une éruption, c'est que le volcan était prêt à entrer en éruption. Mais s'il peut sembler « intuitivement raisonnable que des séismes importants puissent déclencher l'activité éruptive d'un volcan prêt à entrer en éruption, les preuves empiriques de ce lien sont plutôt minces », déclare Pyle.

Certains scientifiques, comme Namiki, espèrent trouver de telles preuves. Elle et ses collègues conçoivent des modèles de systèmes volcaniques dans le laboratoire et les stimulent pour examiner comment un déclenchement peut être provoqué physiquement.

En 2018, l'équipe a publié une étude d'un modèle de volcan en gel dans lequel étaient injectés des fluides simulant différents types de magma. Ils ont constaté que le fait de secouer le modèle faisait en sorte que les fluides se déplacent plus rapidement qu'ils ne le feraient autrement. Cependant, la destination des fluides était liée à leur flottabilité et à leur profondeur de stockage. Des fluides moins dynamiques se déplaçaient latéralement ou vers le bas, ce qui dans un vrai volcan rendrait moins probable une éruption. Mais des fluides mousseux ont remonté à de faibles profondeurs, ce qui pourrait provoquer une éruption.

LES YEUX RIVÉS VERS LE SOL

Ce n'est certainement pas simple, et Namiki note que le scepticisme à propos des éruptions déclenchées par des tremblements de terre est parfaitement naturel. Cependant, Eleonora Rivalta, responsable du groupe de recherche sur les séismes et la physique volcanique chez GFZ Potsdam, suggère qu'un consensus sur une possible connexion pourrait se dessiner.

« Même si la communauté scientifique au sens large reste sceptique, de nombreux géophysiciens volcanologues sont maintenant convaincus que les volcans peuvent en effet réagir aux séismes avec une variété de réactions », dit-elle. Elle souligne cependant que l'arme du crime fait toujours défaut - nous n'avons à ce jour pas de démonstration claire de la manière exacte dont une éruption volcanique a été déclenchée par un tremblement de terre.

Il existe d'autres moyens d'explorer des statistiques extérieures et des simulations de laboratoire. Pyle suggère que si certaines éruptions pourraient être provoquées par des tremblements de terre, les débris volcaniques qu'ils éjectent pourraient contenir des indices sur l'état du réservoir de magma avant leur explosion. Cela pourrait indiquer si le séisme a vraiment joué un rôle dans l'entrée en éruption du volcan, ou si le volcan était de toute façon sur le point d'entrer en éruption et que le séisme a simplement accéléré le compte à rebours.

Pour Sawi, la voie à suivre est claire : « Une surveillance accrue des volcans dans le monde, en particulier de ceux historiquement sous-étudiés, aiderait à fournir les données nécessaires pour commencer à reconnaître les modèles et, effectivement, les déclencheurs qui pourraient indiquer une probabilité accrue d'éruption. »

Cet article a initialement paru en langue anglaise sur le site nationalgeographic.com