Soufrière de Guadeloupe 2018 : explosion phréatique (ou hydrothermale) avortée...ou reportée à plus tard?

La Soufrière de Guadeloupe ne fait que très rarement l'honneur de sa présence dans les fils d'informations, bien qu'il s'agisse d'un système volcanique très actif, mais dont l'activité est avant tout dominée par un très important système hydrothermal. La dernière éruption (émission de magma) a eu lieu en 1530 CE, mais il semble qu'une petite activité éruptive ait aussi eu lieu vers 1657 CE. Depuis lors aucune émission de magma n'a eu lieu au niveau de ce système volcanique: seules des activités phréatiques ou hydrothermales ont été recensées. La plus célèbre reste celle de 1976-1977, mise en lumière médiatique par la bataille Tazieff-Allègre. Ce n'est pas la première fois que j'évoque le travail remarquable de François Beauducel à ce sujet, et j'en profite pour refaire passer le lien vers le récit complet de cette passe d'armes médiatique (http://www.ipgp.fr/~beaudu/soufriere/forum76.html).

Mais pour ce post ce n'est pas du tout ce qui s'est passé en 1976-1977 qui m’intéresse, c'est ce qui n'a pas eu lieu en 2018. Une situation décrite dans un article publié au Journal of Volcanology and Geothermal Research (JVGR) en janvier 2020 par Roberto Moretti et al : "The 2018 unrest phase at La Soufrière of Guadeloupe (French West Indies) andesitic volcano : Scrutiny of a failed but prodromal phreatic eruption"

Cet article a attiré mon attention car ces dernières années l'Observatoire de la Soufrière de Guadeloupe a publié des bulletins indiquant la survenue d'essaims de secousses. Les plus récents d'entre eux ont eu lieu:

• du 23 au 29 novembre 2018

• du 09 au 12 décembre 2018

• du 08 au 16 janvier 2019

• du 15 au 19 mai 2019

• du 27 mai au01 juin 2019

• du 09 au 15 septembre 2019

• du 19 au 27 octobre 2019

• du 10 au 17 février 2020

• du 06 au 16 avril 2020

• du15 au 18 août 2020

La grande majorité des secousses est trop faible pour pouvoir être ressenties.

C'est la recherche sur ces essaims qui m'a amené à cet article qui est éclairant sur ce système volcanique complexe, d'autant plus qu'ils se placent à la suite de ce qui constitue le coeur de l'article et le titre du post : une explosion hydrothermale ou phréatique qui n'a pas eu lieu...mais qui pourrait avoir lieu à l'avenir.

Mais avant tout, revenons à ce que sont l'activité "phréatique" et l'activité "hydrothermale".

L'activité hydrothermale n'est pas spécifique au volcanisme puisqu'il s'agit de toute situation où de l'eau est chauffée en s'infiltrant dans le sous-sol et induit des réactions chimiques (échanges, dissolutions). Cela peut se faire en contexte de formation de chaînes de montagne par exemple (sources chaudes de Llo dans les Pyrénées par exemple), ou de zones moins accidentées mais fortement fracturées permettant une percolation profonde de l'eau de pluie (Source du Par à Chaudes-Aigues par exemple).

Dans une situation volcanique l'activité hydrothermale est plus intense du fait que la source de chaleur est une masse de magma, qui donne donc un gradient géothermique très élevé (l'eau devient très chaude à une profondeur, donc une pression, assez faible). Par ailleurs l'activité hydrothermale en contexte volcanique est plus complexe d'un point de vue chimique du fait du mélange entre des fluides qui s'échappent du magma et ceux qui viennent de l'atmosphère, chacun ayant ses caractéristiques chimiques propres. Le tout agrémenté de la dissolution de certains minéraux des roches traversées et du dépôt d'autres minéraux à partir des fluides qui circulent. Bref : un joyeux bazar, qu'il n'est pas aisé de démêler!

En domaine volcanique on parlera "d'explosion hydrothermale" lorsque le système hydrothermal, composé de fluides à très haute température et haute pression, sont brusquement décomprimés et se vaporisent entrainant l'explosion. La matière éjectée est composée essentiellement d'eau (le mélange d'eau magmatique et d'eau atmosphérique infiltrée) et de particules arrachées au passage, essentiellement des laves anciennes et altérées. Dans ce cas de figure, la roche en fusion ne joue pas de rôle plus important qu'avant l'explosion. La masse de magma n'a pas migré près du système hydrothermal pour provoquer le déséquilibre : avant comme après l'explosion elle ne fait que libérer chaleur et fluides, mais reste statique. 

L'activité phréatique n'est pas une activité éruptive en soit (bien qu'on trouve régulièrement l'adjectif qualificatif "phréatique" souvent associé au nom "éruption") puisqu'aucun magma n'arrive à la surface de la Terre mais il s'agit tout de même d'une activité typiquement associée au volcanisme ou, à minima, au magmatisme. Là encore le magma est la source principale de chaleur et de fluides divers (H2O, CO2 composés soufrés etc) qui, une fois séparés de la roche en fusion (par différence de densité et immiscibilité) migrent dans les fractures en direction de la surface de la Terre.

Une explosion phréatique a lieu lorsqu'une fraction de magma migre vers la surface et s'approche du système hydrothermal. L'excès de chaleur, de fluides et de contraintes mécaniques que cela induit en un temps très cours met ce dernier sous pression, qui s'évacue lors de l'activité explosive.

Vue de l'extérieur explosions phréatiques et hydrothermales sont similaires mais les causes sont fondamentalement différentes :

* la déstabilisation d'un système hydrothermale sans apport supplémentaire de magma est  généralement de courte durée puisque la quantité d'énergie à évacuer est peu importante. La zone à risques est généralement peu étendue et elle ne constitue pas un signe précurseur d'éruption puisque le magma ne migre pas. Plusieurs situations de ce types (Ontake 2014, Kusatsushirane 2018, Rincon de la Vieja de temps en temps, Dieng parfois) ont eu lieu ces dernières années.

* La déstabilisation d'un système hydrothermal par apport supplémentaire de chaleur et de fluides (activité phréatique) est généralement plus intense, plus longue et la zone à risques est plus étendue géographiquement et dans le temps. Elle peut constituer le signe précurseur d'une éruption, puisque le magma a migré, mais l'éruption n'est pas obligatoire puisque le magma peut cesser sa migration.

Revenons à la Guadeloupe

Depuis 1992 la sismicité et l'activité fumerolienne, ainsi que les déformations (marquées par l'ouverture de fractures puis leur élargissement) sont globalement en hausse à la Soufrière de Guadeloupe. Du fait de ces fractures, le dôme construit lors de la dernière éruption est ainsi découpé en trois grands blocs, le bloc sud-ouest étant visiblement le plus mobile (jusqu'à 9 mm/an). Ce sera d'ailleurs, je suppose, un secteur à surveiller plus particulièrement en cas d'une arrivée importante de magma car les déformations induites pourraient faire s'effondrer ce secteur (avalanche de débris), un phénomène récurrent à la Soufrière visiblement.

Le système hydrothermal qui caractérise l'édifice est très étendu puisque sa partie profonde se déploie jusqu'à plus de 2500 m de profondeur sous le sommet de l'édifice. Il est alimenté par la poche de magma qui s'était mise en place lors des dernières éruptions, au 16ème siècle et qui, depuis, continue de libérer sa chaleur et ses fluides. Et qui sait, a peut-être été parfois réalimenté par de petites quantités de magma au cours des siècles écoulés : aucun relevé ne permet de le savoir. Le système hydrothermal évolue au gré du temps, en fonction des fractures qui se forment, d'autres qui se ferment, pouvant être scellées par des dépôts minéraux laissés par les circulations de fluides.

L'activité sismique habituelle d'un système hydrothermal aussi actif que celui de la Soufrière de Guadeloupe est généré par la circulation des fluides dans les fractures. Ils produisent des phénomènes de résonance et de petites fracturations dans un matériaux plus ou moins poreux. Cette porosité varie en permanence du fait que les fractures et pores de la roche peuvent être scellés par des dépôts minéraux, puis re-fracturés plus tard. En ce qui concerne la Soufrière de Guadeloupe, l'essentiel de la microsismicité enregistrée est produite par la partie la plus superficielle du système hydrothermale, jusqu'à 500 m de profondeur à peu près. 

Les observations 

L'analyse d'échantillons de fluides (composition/températures) à plusieurs moments et différentes endroits sur et à proximité du dôme, compilée avec l'analyse de la sismicité, de la déformation et aux observations de terrain (répartition des fractures et leur évolution, cartographie des zones de fumerolles etc) a permis de déterminer qu'en 2018 l'activité hydrothermale a connu un changement important. Un déséquilibre qui a culminé au soir du 27 avril 2018 par la survenue d'une secousse sismique d'une magnitude 4,1, la plus forte depuis 1976 d'après l'article. Un événement tout à fait significatif donc.

Du point de vue de la composition chimique des fluides s'échappant au sommet du dôme, les analyses indiquent l'arrivée, entre novembre 2017 et avril 2018 de fluides plus profonds que ceux généralement émis. Pour les chercheurs il s'agit d'une participation du système hydrothermal profond, dont certains fluides sont progressivement venus se mélanger à ceux de la partie plus superficielle. Mais suite à la secousse sismique du 27 avril la composition des fluides émis a continué d'évoluer vers une composante moins hydrothermale et plus magmatique : une source encore plus profonde donc, directement issue de la zone entourant la poche de magma résiduelle du 16ème siècle.

L'utilisation des outils géochimiques permet de savoir d'où proviennent les fluides. Au cours de l’année 2018 la composition des fluides a varié vers une source plus magmatique, en 3 étapes. J'ai ajouté les flèches et numéros qui marquent les 3 étapes de l'évolution vers une source plus profonde (1 et 2) puis un retour vers des compositions un peu plus superficielles (3). Source : R.Moretti et al, 2020 - JVGR (annoté pour ce post)

 

Parallèlement la sismicité, qui est généralement superficielle et associée à la circulation des fluides sous pression et à la fracturation des roches du système hydrothermal à moins de 1500 m sous le sommet, a été en partie produite à plus grande profondeur. À partir du 1er janvier 2018, quatre essaims ont été identifiés:

* du 02 au 05 janvier

* le 1er février

* du 16 au 17 avril

* les 27 et 28 avril

Certaines secousses (dont celle de magnitude 4,1) trouvent leur origine (hypocentre) vers 3500m sous le sommet. Une zone trop peu profonde pour être directement liée à la poche de magma, mais correspondant à un secteur où les roches, du fait des conditions de température, pression et circulations de fluides, présentent un changement de comportement mécanique : plus cassantes à plus faible profondeur, plus "molles" en dessous (une transition dite "fragile-ductile").

Suite à la secousse de magnitude 4,1, la sismicité est redevenue plus superficielle mais seulement après avoir été quasiment absente jusqu'au 20 mai environ. Et un mois sans sismicité marquée, sur un système qui n'est généralement jamais au repos, c'est beaucoup et donc forcément significatif.

 

La température des fumerolles au sommet du dôme, quand à elle, a chuté au cours des trois semaines précédent le séisme du 27 avril, tout comme le débit de plusieurs fumerolles sommitales, marquant une coupure dans leur alimentation.

Pour les auteurs de l'article, les premiers mois de l'année 2018 ont été marqués par une modification du système hydrothermale par un apport de fluides depuis une zone plus profonde. La température et le débit des fumerolles a augmenté, leur composition a changé de manière importante. La sismicité a aussi été différente, avec des secousses plus profondes et certaines plus fortes (quelques unes ressenties). La crainte qu'une activité phréatique ou hydrothermale similaire à celle de 1976-1977 ne débute était donc légitime mais, pourtant, elle n'a pas eu lieu. Et un changement drastique de comportement s'est produit après la secousse de magnitude 4,1 du 27 avril.

Pour ces chercheurs la mise en pression du système hydrothermal par l'arrivée de fluides d'origine plus profonde a d'abord été évacuée à travers le réseau de fractures qui traverse le dôme, mais à partir de l'essaim sismique des 16-17 avril, l'arrivée des fluides est partiellement coupé: la composition, le débit et la température des fumerolles sur le dôme baisse, des fractures se referment en partie signifiant la déflation (dégonflement) du dôme. Ce changement résulte de l'évacuation de ces fluides par l'activation d'autres zones lors de cet essaim des 16-17 avril , en particulier l'important réseau de fractures qui découpe le dôme du nord-ouest au sud-est. La partie supérieure du système hydrothermale a ainsi été court-circuité, provoquant les diminutions décrites ci-dessus. Par contre dans cette zone de fractures déjà sous tension, l'arrivée de fluides chauds a provoqué surpression qui a conduit, le 27 avril, à une rupture violente, source de la secousse de magnitude 4,1. La surpression dans les pores de la roche, au niveau de la zone de rupture, a été évaluée à 175 bars (pression atteinte estimée à 321 bars).

 

Une partie non négligeable de l'énergie mécanique a ainsi été dissipée par la secousse, permettant à la surpression de ne pas gagner la partie supérieure de l'édifice, ce qui aurait vraisemblablement conduit à la rupture des roches du système hydrothermale superficiel et son évacuation explosive.

C'est donc la structure très fracturée du massif qui a permis d'éviter, pour cette fois, la survenue d'une activité explosive à la Soufrière de Guadeloupe.

Reste la question de la cause de l'arrivée des fluides chauds à l'origine des déséquilibres. Sur ce point les chercheurs ne peuvent trancher avec certitude. Le réseau de surveillance GNSS (Global Navigation Satellite System) en place ne permet visiblement pas de détecter une source de déformation très profonde si elle n'est pas d'un très gros volume.

Pour le dire autrement : si un très faible volume de magma est la source du déséquilibre de 2018, il n'aura pu être détecté s'il s'est mis en place à plus de 4-5 km de profondeur.

Ou pour le dire encore autrement : les chercheurs ne peuvent exclure la mise en place d'un très faible volume de magma à plus de 5km de profondeur...mais ils ne peuvent pas en être sûr non plus...

Ou pour le dire encore encore autrement: la seule certitude c'est qu'il n'y pas un gros volume de magma qui se soit mis en place.

Toutefois, ils partent tout de même du constat que la forte hausse des températures des fluides entre février et avril 2018 n'est pas incompatible avec la mise en place d'une petite quantité de magma, sans que cela ne soit suffisant pour arriver à une certitude. Il semble aussi que certaines caractéristiques de la sismicité, en particulier la survenue de secousses volcano-tectoniques distales, puisse être en accord avec la mise en place d'un peu de magma.

Ainsi, ces chercheurs regardent la crise sismique du premier semestre 2018, et ne particulier la secousses de magnitude 4.1, comme une potentielle activité phréatique (sans pouvoir exclure qu'elle n'aurait peut-être été qu'hydrothermale) qui a échoué de peu, grâce aux zones de fractures laissées par la crise de 1976-1977.

Ils en arrivent donc au constat que la Soufrière de Guadeloupe est maintenant un système volcanique dont l'instabilité est proche de celle qu'elle était avant la crise de 1976-1977 et ils voient donc la crise de 2018 comme un coup de semonce, car le système volcanique ne réagira probablement pas à chaque fois de cette manière. Plus important, il pourrait se déstabiliser rapidement en cas de nouvelle intrusion magmatique. Ils évoquent ainsi les résultats d'une autre étude parue en 2018 (Pichavant et al) dans laquelle l'éruption de 1530 CE aurait débuté seulement quelques dizaines de jours après l'intrusion d'un magma basique dans la poche de magma andésitique déjà en place à l'époque.

Pour les années qui arrivent, il faut donc garder un œil sur la Soufrière de Guadeloupe.

Source : "The 2018 unrest phase at La Soufrière of Guadeloupe (French West Indies) andesitic volcano : Scrutiny of a failed but prodromal phreatic eruption", R.Moretti et al, 2020, JVGR

*je précise parce que j'avoue en avoir assez d'entendre que "la Terre (ou "la planète", au choix) se réchauffe". L'atmosphère se réchauffe, mais la Terre se refroidit et c'est précisément ce qu'il est important de garder en tête puisque l'atmosphère est la partie la plus fine de la Terre et là où se concentre l'essentiel du vivant. Et c'est justement parce que cette pellicule gazeuse est extrêmement fine, représente donc un volume très faible, que les activités humaines entraines des changements si rapides et difficiles à prévoir. Et c'est dans cette pellicule gazeuse que le vivant est concentré : c'est le coeur de l'enjeu écologique concernant le réchauffement climatique. L'objectif est de maintenir une évolution la plus normale possible de la température de l'atmosphère afin que la sélection naturelle dans cet environnement modifié trop rapidement ne devienne pas défavorable à l'espèce humaine.