Que se passe -t-il sur le système volcanique Fentale (Ethiopie) (mis à jour)?

Salut à tous! Je n'ai plus trop le temps de m'occuper de ce blog, même si je continue de suivre l'activité volcanique globale tranquillement. Toutefois je vais faire là une exception pour parler d'un système volcanique peu étudié : le Fentale, situé dans le Rift Est-Africain, à 120km d'Addis-Adeba car de curieuses choses s'y produisent et la situation géologique régionale est agitée en ce moment dans ce secteur.

1- Un peu de géologie régionale, vite fait

Sur le plan géologique le système volcanique Fentale se trouve dans une branche du Rift-Est Africain, le NMER (North Main Ethiopian Rift). C'est dans ce secteur qu'ont été trouvés d'importants fossiles du clade des Hominina (genres Australopithèque + Homo + Paranthropes + Ardipithèques + Sahelanthropes + Ororin, d'après Lecointre 2015) : Ardipithecus ramidus (-4.4 Ma) et Australopithecus anamensis (-4,2 Ma) ont été découverts à une trentaine de kilomètres seulement du Fentale. 

Cette partie de l'immense continent Afrique est soumise depuis plus de 30 millions d'années à des contraintes qui l'étirent : en conséquence elle se fracture progressivement et ce réseau de fractures, qui délimite un rift, sépare deux blocs peu ou pas fracturés : à l'ouest le bloc dit "plaque Nubienne", à l'est l'autre bloc dit "plaque Somalienne". Si l'étirement va jusqu'à l'océanisation, ces deux blocs deviendrons deux continents à la "dérive" (surtout le bloc Somalien).

La formation du rift s'accompagne d'un volcanisme soutenu, si on le regarde à l'échelle des temps géologiques. Pour le système volcanique du Fentale, la dernière éruption remonte au début du 19ème siècle (aux alentours de 1810-1820). Éruption de magma fluide, très peu explosive (VEI noté 0 sur le Global Volcanism Program), qui a produit un vaste champ de lave qui a en partie pénétré dans le lac Beseka, non loin de la ville actuelle de Metehara.Outre cette éruption historique (et une autre au 13ème siècle), les manifestations géothermales importantes dans cette zone sont la conséquence de ce rifting et du magmatisme associé. Il est important de noter qu'il y a deux principaux jeux de fractures associés à ce rifting, l'un (le principal) orienté NE-SW , et un second orienté plutôt NO-SE, qui pourrait être un équivalent, dans les zones de rift, aux failles transformantes qu'on trouve sur les zones extensives océaniques déjà matures.

2- L'histoire géologique simplifiée du système volcanique Fentale

Concernant plus spécifiquement le système volcanique du Fentale, les études géologiques ont abouti à la séparation (assez classique dans le cadre d'une première approche), de son histoire en 3 principales périodes :

- pré-caldera

- caldera

- post-caldera

La phase pré-caldera, qui débute au quaternaire (moins de 2.58 millions d'années : Ardipithecus ramidus et Australopithecus anamensis avaient déjà disparu depuis au moins 2 millions d'années à l'époque) est marquée par la mise en place de "basaltes de Dofan" à propos desquels il est difficile de dire, sans analyses géochimiques, si il faut strictement les associer ou pas au système volcanique Fentale. Pour le moment c'est le cas mais la séquence d'édification du stratovolcan Fentale à proprement parler se fait par-dessus ces basaltes de Dofan, via l'empilement de produits plus évolués : trachytes et rhyolites, qui sont émis à la surface sous forme de coulées visqueuses et/ou de dôme de lave (activité effusive/extrusive) le tout accompagné de ces même laves sous forme de dépôts de cendres et ponces (activité explosive).

L'accumulation de tous ces produits édifie progressivement le stratovolcan Fentale. Cette structure va être partiellement détruite lors d'une phase éruptive explosive majeure, datée à 168000 +-38000 ans, à l'origine de la formation de la caldera sommitale. Celle-ci est allongée NW-SE (presque perpendiculairement au rift donc) ce qui suggère que sa formation a été contrainte par les failles "transformantes"  plus que par celles du rift (au contraire des basaltes qui, généralement sont émis le long de fractures parallèles au rift). Le dépôt d'ignimbrites laissé par ce paroxysme est actuellement cartographié sur une surface supérieure à 700 km², valeur qui ne constitue probablement qu'on pourrait appeler un petit minimum.

Suite à cette phase paroxysmale l'activité éruptive a été surtout marquée par des éruptions  de magmas différentiés (trachytes et rhyolites peralcalins (Pantellerites)) qui ont été émis sous la forme de dômes et de dépôts de cendres et ponces, aussi bien à l’intérieur qu'à l'extérieur de la caldera. Toutefois, comme je l'ai précisé précédemment, la dernière éruption dans ce secteur remonte au début du 19ème siècle, par l'émission de basalte. Plusieurs auteurs ont souligné les similitudes de composition et d'âge du basalte émis vers 1810 dans le secteur du Fentale à d'autres basaltes émis à la même période (vers 1820) dans le secteur du système volcanique Kone et ceux émis sur le système volcanique Boset-Bericha (1812-1919) et il est parfois suggéré que l'émission de ces basaltes correspond à un phase assez active d'extension de ce tronçon du rift.

Carte volcanologique simplifiée du Fentale mappée sur Google Earth. En rose : le dépôt d'ignimbrite lié à la formation de la caldera. Sont noté les deux fossile d'Hominines découverts dans le secteur. Image  : R.Amentie et al, 2021

3- La situation actuelle 

Ce secteur du rift a déjà connu par le passé des phases d'activité tectonique un peu plus soutenue. Des essaims de séismes ont été décrits, en janvier-février 1981, en juin 1989 (dont on ne sais pas si ils ont eu lieu en lien avec des intrusions magmatiques), octobre-novembre 2003, en 2004 et en mars-avril 2015 (1350 secousses, plusieurs d'une magnitude supérieure à 4.3, interprété comme ayant une lien avec une intrusion magmatique rhyolitique) par exemple. Début 2021 les mesures indiquent que le système volcanique du Fentale connait une phase de bombement (uplifting) avec une élévation de certaines zones allant jusqu'à 6 cm. À partir de septembre-octobre 2024 une activité sismique accrue, en lien avec l'intrusion d'un dyke magmatique se manifeste et est marquée par des secousses d'une magnitude supérieure à 5. L'analyse de cette sismicité et des déformations associées mesurées grâce aux données satellites radar (insar) ont permis à une équipe de chercheurs (D.Keir et al, 2024) d'en déduire la propagation d'un dike long de 11km et large de 2m.

Cette crise sismique a fait une pause puis connu un regain en décembre 2024 avec des zones soulevées de plusieurs dizaines de cm sur une zone allant du système volcanique Fental au système Dofen, plus au nord. Début janvier 2025, suite à une secousse de magnitude supérieure à 5, une fracture longue de 2300m environ apparait juste au sud du système Dofen et sème localement la panique : des manifestations hydrothermales parfois soutenues (jets de vapeur d'eau avec projection de blocs de roche) se produisent sur cette fracture. Rapidement ils diminuent d'intensité et se transforment en marmites et coulées de boue de petite ampleur. Lors de cette séquence la sismicité avait été suffisamment importante pour déclencher le déplacement de plusieurs dizaines de milliers de personnes au total. Cette activité est mise en lien, sur la base de l’analyse de la sismicité et des données satellites radar, à la propagation d'un dyke (soit le même qu'en septembre-octobre 2024 soit un nouveau) dans le secteur situé entre Fentale et Dofen. Il semble que ce dyke se propage actuellement vers le nord, direction Dofen, où une inflation assez importante est décrite, combinée à une déflation assez forte côté Fentale. Les observations décrites ci-après se placent donc dans ce contexte de déflation.

 

 

Depuis le 14 janvier environ on commence à voir apparaitre des rapports indiquant la présence de signaux thermiques dans la caldera du Fentale et la possible présence d'un dégazage.

Concernant l'aspect "thermique" de la situation :c'est pas clair. Le GVP rapporte les informations du MIROVA qui indiquent la détection d'un signal à partir du 13-14 janvier, allant en s'accentuant jusqu'au 21. Bon : voilà une capture d'écran du MIROVA correspondant à la période, elle montre un petit signal le 16 et c'est tout.

Signal détecté dans le secteur du volcan Fentale, le 16/01/2025. Image : MIROVA

J'ai pu lire, en particulier sur un site Allemand, le signalement d'un signal thermique plus au nord, à proximité du système Dofen : il s'agissait d'un feu anthropique assez important .

Toutefois une image LANDSAT réalisée le 16/01/2025 montre deux zones côte à côte (l'une au NO, l'autre au SE) situées dans la caldera qui semblent un peu plus chaudes que le reste du plancher de cette même caldera, mais difficile à dire si cette une origine magmatique ou pas, le signal est trop faible.

Il semble que certains secteurs du plancher de la caldera soient plus chauds que le reste de la zone. Image : LANDSAT 8/9 - NASA/USGS

 

Ce qui surprend le plus, et pourrait probablement expliquer la détection d'un petit signal thermique par le MIROVA, est l’apparition de ce qui ressemble à un nuage de brume dans la caldera : il arrive assez souvent que ce qui est détecté comme signal thermique soit en fait une réflexion de rayonnement infrarouge par des masses nuageuses (le MIROVA alerte d'ailleurs sur ce point). Il faut noter que sur l'image thermique ci-dessus (LANDSAT) la "tâche chaude NO"  correspond au secteur où se trouve "le banc de brume" le même jour, mais qu'il n'y a aucune masse de brume correspondant à la "tâche chaude SE". Difficile dans ces conditions d'attribuer le signal chaud de cette image à une simple réflexion d'infrarouge par la brume (à moins que l'IR soit réfléchit par une masse de gaz non visible? Je sais pas si ça existe, mais j'en ai jamais entendu parler donc c'est juste une idée en l'air).

Le phénomène "brume" semble avoir débuté le 15 janvier dans le cratère le plus profond ouvert sur le plancher de la caldera et ce "nuage de brume" n'a, depuis, fait que prendre de l'ampleur : il remplit progressivement la caldera. Il semble être accompagné de ce qui ressemble à des zones d'émissions de vapeur tout le long de la limite d'une ancienne coulée visqueuse qui s'est mise en place sur la partie SE du plancher. Si c'est le cas il semble que le phénomène ait donc pris naissance dans la partie NO du plancher et s'étende vers le SE.

Mise en place d'une "masse de brume" dans la caldera. Images : SENTINEL 2 - ESA/Copernicus & LANDSAT 8/9 - NASA/USGS (bandes 4-3-2, + 8 pour LANDSAT)

Alors évidemment la première idée est la mise en place d'un banc de brume en lien avec des conditions atmosphériques particulières et stables, et à ce stade je ne pense pas qu'on puisse totalement exclure cet aspect. J'ai quand même regardé les images satellites de ces 10 dernières années : ce phénomène ne s'est pas produit pendant cette période, et si il est uniquement d'origine atmosphérique alors ce sont des conditions rarissimes. Peut-être y a-t-il une émission de vapeur d'eau accrue (il y a des fumerolles sur plusieurs secteurs du volcan) suite aux modifications géologiques locales et qu'elle condense dans une masse d'air froide, piégée dans la caldera?

Toutefois ce qui me chiffonne malgré tout, outre le contexte tectonique agité depuis plusieurs mois, c'est que lorsqu'on regarde l'état de la végétation dans la caldera depuis le début de ce phénomène, on constate un déclin rapide de la quantité de chlorophylle : le plancher a viré au brun, comme si la végétation avait été, sinon tuée, en tout cas fortement et rapidement altérée. Il est clair que depuis le début du mois le secteur semble plus sec et la végétation a tendance être globalement moins verte. Mais dans la caldera, le brunissement est particulièrement important, bien plus  qu'ailleurs. Constatez par vous-même: voilà l'évolution en 3 images SENTINEL 2, faites les 07,17 et 22 janvier.

À noter que la végétation qui couvre la coulée visqueuse, et qui est donc à une altitude plus élevée que le plancher, ne semble pas vraiment altérée : si (car ce n'est qu'une hypothèse) le changement dans la végétation est dû à une nappe de gaz toxique pour la végétation, il doit être plus dense que l'air (et l'atmosphère doit être stable pour ne pas créer de mélange, on en revient à de probables conditions atmosphériques particulières). 

Autre point : j'ai cru voir passer une information indiquant la formation d'un lac dans la caldera sommitale, mais à ce stade je n'ai rien vu qui aille dans ce sens (rien sur les images radar, rien dans le visible), ce qui ne signifie pas qu'il n'y ait rien. Il faudra attendre la disparition de la "nappe de brume" pour avoir une réponse.

De plus si, d'aventure, un signal thermique est associé à ce phénomène il est possible qu'il soit absorbé, et donc invisible depuis l’espace, par cette masse de brume, surtout si il est faible et que la brume  est constituée d'eau (ce qui semble être le cas).

À ce stade, difficile donc d'avoir une idée clair de ce qu'il se passe au Fentale mais il est acquit que la situation est pour le moins interessante. Il n'est pas impossible que la mise en place d'un dyke magmatique ait perturbé, modifié, les voies d'infiltration et de circulation d'eau et, conjointement, apporté de la chaleur à des profondeurs plus faibles. Dans ce contexte, le système hydrothermale du Fentale, assez actif (mares de boue, petits geysers et fumerolles ne sont pas rares dans le secteur) a pu connaitre des modifications qui, en surface se manifestent par une augmentation des émissions de gaz, (en particulier vapeur d'eau mais pas que) dans la caldera sommitale. Si ces dégazages sont plus importants ils peuvent expliquer la présence de zones un peu plus chaudes sur le plancher de la caldera, la condensation de la vapeur d'eau peut se manifester sous l'aspect de brume et la végétation de la caldera peux subir des émissions plus importantes de gaz à base de Soufre par exemple, trop faibles pour être détectées depuis l'espace.

J'espère seulement que si des personnes veulent descendre dans la caldera ils auront la possibilité de tester auparavant la qualité de l'air au niveau du plancher : dans ce genre de contexte des émissions de CO2 peuvent être un risque important.

Mise à jour, 16/02/2025, 17h38

L'activité tectonique et magmatique sur ce tronçon du rift est-Africain se poursuit et, en ce qui concerne le système volcanique Fentale, a quelques conséquences visibles et assez impressionnantes.

Il est possible, je dit bien possible, que ce qui suit soit en relation avec une secousse de magnitude 6 enregistrée le 14/02 à 20h28 TU, mais pour l'heure je ne saurais affirmer si c'est bien le cas.

Tout d'abord la masse de "nuage" observée dans le cratère du Fentale n'a pas disparu : réduite elle reste présente et stagne toujours dans un cratère ouvert dans la partie ouest  du plancher. Pour l'heure aucun signal thermique n'est associé à ce phénomène: ce qui semble bien être un dégazage se fait donc à basse température et, pour l'heure, je n'ai rien vu passer concernant sa composition. Par contre il reste assez clair que la végétation chlorophyllienne qui a poussé sur ce plancher a fait les frais de ce dégazage : même celle qui persistait sur la coulée visqueuse qui occupe l'est du plancher a fini par dépérir à ce qu'il semble.

Mais le changement le plus surprenant de ces derniers jours concerne le plancher de la caldera lui-même : toute la partie est s'est affaissée d'une hauteur difficile à donner avec précision mais assez importante, on le verra par la suite, pour être visible depuis l’espace.

Interférogramme correspondant la subsidence du plancher, données comparées prises les 03 et 15 février. Image : SENTINEL 1 - ESA/Copernicus & MOUNTS

 

La comparaison d'images montre que le plancher n'a pas bougé entre le 06 et le 11/02 mais que le secteur est s'est affaissé entre le 11 et le 16, raison pour laquelle il est tentant d'associer, d'une manière ou d'une autre, cette évolution avec la secousse de magnitude 6 qui a eu lieu le 14. À noter que cette secousse a été localisée à une profondeur de 10 km et pas exactement au niveau de la caldera : sous le versant est , mais à 3 km seulement sous le rebord est de la caldera. La coïncidence est quand même frappante.

 

Bref, pour en revenir à la subsidence du plancher : la zone qui a bougé occupe une surface au minimum d'environ 2,6 km² (probablement un peu plus mais les déplacements très faibles ne sont pas visibles) et la subsidence ne s'est pas produite de manière homogène : il est clair que la partie collée contre la paroi est de la caldera s'est bien plus affaissée que celle proche du centre. Ce type de mouvement n'est pas sans rappeler le modèle "trap-door" de formation de caldera. L'affaissement à permis le retour d'une autre poche de "vapeur" et l'image satellite ci-dessous montre clairement du dégazage sur une bonne partie de la fracture annulaire le long de laquelle la subsidence a eu lieu.

Identification approximative de la zone de subsidence : la longueur des flèches varie selon l'importance du mouvement vertical (flèches plus longues là où le mouvement a été plus grand). Image : SENTINEL 2 - ESA/Copernicus

 

Cette évolution n'est pas illogique dans le processus de migration de dyke évoqué dans la première partie de ce post et, sur le principe, elle est similaire à l'effondrement qui a eu lieu au cône Dolomieu (Piton de la Fournaise) suite à l'éruption latérale de 2007 ou à la caldera Halema'uma'u au Kilauea, qui a connu un effondrement après l'éruption latérale de 2018.

Explorons maintenant l'éventuel lien avec la secousse de magnitude 6. À minima on peut lui attribuer les potentielles chutes de pierres qui colorent de noir tout le pourtour du  plancher de la caldera, mais la question est : est-ce que cet affaissement est la source de cette secousse?

Certes la localisation donnée par l'USGS ne correspond pas à la caldera  mais si les sismomètres qui ont permis cette localisation sont tous situés loin alors on peut imaginer qu'il y a une marge d'erreur dans la localisation et que finalement avoir un écart de 3 km c'est pas grand chose. Par ailleurs le tenseur de moment (une représentation géométrique du mouvement, de l'orientation de la faille et de l'intensité de la secousses) produit par l'USGS montre une forme tout à fait singulière : un anneau.

 

Tenseur de moment en forme d'anneau pour la secousse de magnitude 6. Image : USGS

Cette forme n'est pas du tout classique et peux caractériser le mouvement le long d'une faille circulaire....comme pour l'affaissement d'un plancher de caldera. Donc il y a quand même une probabilité non négligeable que la localisation de la secousse ne soit pas bonne, et que sa source soit la fracture annulaire le long de laquelle a eu lieu la subsidence de la caldera.

Alors est-ce que cela augmente le risque d'une éruption sur ce système volcanique? Difficile à dire mais au minimum il faut garder un oeil sur cette zone, au cas où.

 

Sources : GVP; MIROVA; LANDSAT 8/9NASA/USGS ; SENTINEL2-ESA/Copernicus; MOUNTS; USGS; merci/thanks to : ‪Jackie Caplan-Auerbach

"The 2024 Fentale Diking Episode in a Slow Extending Continental Rift "; D/Keir et al, 2024 in AGU Publications (Geophysical reaserch Letters)

"Volcanic hazard and risk assessement from future eruptions of Fentale volcano, Northern Main Ethiopian Rift (NMER)"; R.Amentie; Addis Ababa University; 2021