En 2018, le volcan Kilauea d'Hawaï a éclaté comme une fusée à tampon.

Une série d'explosions provenant du volcan hawaïen Kilauea en 2018 pourrait avoir été déclenchée par un style d'éruption jamais vu auparavant, qui rappelle un jouet de fusée à ressort.

En mai de cette année-là, des panaches de gaz chaud et de roche ont été projetés jusqu'à huit kilomètres dans le ciel alors que le volcan eruptait de manière explosive 12 fois de suite. L'effondrement progressif du cratère sommital de Kilauea, ou caldeira, a déclenché ces éruptions explosives, ont rapporté des chercheurs le 27 mai dans Nature Geoscience.

Chaque fois que de gros morceaux de roche du cratère se sont effondrés dans la chambre magmatique en dessous, la compression soudaine de l'air dans la chambre a envoyé les débris volcaniques dans le ciel, dit l'équipe, tout comme le fait de marcher fort sur la vessie à air d'une fusée à ressort envoie son projectile en mousse voler.

Les éruptions volcaniques explosives sont généralement déclenchées par une combinaison de deux mécanismes bien connus, explique Joshua Crozier, géophysicien à l'Université de Stanford. La dépressurisation du magma chaud lors de son ascension libère des bulles de gaz qui peuvent se dilater pour faire éclater la roche en fusion hors de la caldeira. En revanche, un panache de magma en ascension peut chauffer instantanément les eaux souterraines circulant dans les roches environnantes, envoyant des jets de vapeur et de morceaux de roches brisées dans le ciel.

Mais aucun de ces mécanismes ne semblait expliquer ce qui s'est passé à Kilauea du 16 au 27 mai 2018. Les données géophysiques recueillies près du sommet du volcan tout au long de son éruption de 2018 ont indiqué que l'étrange séquence répétitive d'éruptions explosives ne pouvait pas avoir été générée par l'un ou l'autre des mécanismes ci-dessus, dit Crozier.

Pour une chose, dit Crozier, le matériel érupté ne contenait pas de morceaux de magma bulleux, comme on pourrait s'y attendre dans le premier scénario. D'autre part, les roches de la caldeira étaient déjà beaucoup trop chaudes pour contenir beaucoup d'eau liquide qui pourrait alors être surchauffée, éliminant le deuxième scénario.

Mais Crozier et d'autres soupçonnaient que la série d'effondrements de la caldeira du volcan, qui a commencé à la mi-mai de cette année-là, pourrait avoir quelque chose à voir avec cela. Pour évaluer cette hypothèse, l'équipe a analysé les abondantes données géophysiques qui sont constamment recueillies à Kilauea.

Le volcan est l'un des plus largement instrumentés au monde. Des réseaux de sismomètres surveillent de près son fonctionnement interne, tandis que des inclinomètres équipés de GPS installés près du sommet détectent les changements subtils dans le mouvement et la pente du sol, suivant les changements de contrainte dus au déplacement du magma. L'observatoire des volcans d'Hawaï dispose également d'un réseau de réseaux d'infrasons : des microphones à basse fréquence qui mesurent les changements de pression atmosphérique causés, par exemple, par des explosions.

Les changements de fréquence des ondes d'infrasons se propageant dans le sol ont révélé un schéma distinct pendant cette courte période : la chambre semblait s'agrandir, puis il y avait une sorte d'explosion. Les données sismiques, quant à elles, ont montré une série de séismes distincts, correspondant à ces événements, chacun de moins de magnitude 5.

Ce qui se passait probablement, disent les chercheurs, c'est que la chambre magmatique se vidait suffisamment pour rendre le toit de la caldeira instable, provoquant la chute de cette roche sous son propre poids. Cela a diminué le volume du réservoir, comme la compression de la vessie à air d'une fusée à ressort. Environ 10 à 30 secondes plus tard, des caméras ont observé des panaches éruptifs émerger du sommet, résultat de la pressurisation de l'air due à l'effondrement du toit projetant le gaz chaud et les débris de roche de la chambre vers le haut.

"C'est la première fois à ma connaissance qu'un tel mécanisme a été suggéré pour provoquer des éruptions", dit Larry Mastin, un volcanologue de l'Observatoire des volcans des Cascades de l'U.S. Geological Survey à Vancouver, Wash., qui n'a pas participé à la nouvelle étude. "C'est un mécanisme plutôt inhabituel, mais les circonstances de cette éruption sont inhabituelles. Et nous avons eu des observations exceptionnellement bonnes ... [qui] ont été très utiles pour aider à déterminer la cause."

Mastin note que le mécanisme de la fusée à ressort n'était en jeu qu'au tout début de l'effondrement de la caldeira de Kilauea, "quand l'effondrement était essentiellement juste le toit qui tombait juste au-dessus du corps de magma". Avec le temps, à mesure que l'effondrement du sol de la caldeira se propageait vers l'extérieur, la compression de la fusée à ressort n'était plus en jeu à Kilauea. Les éruptions au sommet, quant à elles, ont largement cessé lorsque la cheminée dans la caldeira centrale est devenue obstruée par du matériel.

Les éruptions de type fusée à ressort ne sont probablement pas uniques à Kilauea, dit Crozier. Mais, dit-il, le système de surveillance étendu du volcan a rendu possible la détection et la caractérisation du nouveau phénomène. Et à son tour, savoir comment relier les données sismiques et les infrasons peut aider à atténuer les risques provenant d'autres volcans moins bien équipés, dit-il.

“In many cases, the first sign we have of an eruption is a seismic or infrasound signal. So if we can get better at relating those types of geophysical data to what the eruptive plume is doing, the better we can calibrate our models,” he says. That would reduce hazards to aviation as well as communities.