Les enregistrements historiques des éruptions du volcan Etna en Italie montrent que le même volcan peut entrer en éruption à travers des canaux souterrains complètement différents, bouleversant la compréhension traditionnelle de la communauté géologique de la stabilité constante du « système de pipelines » à l'intérieur du volcan.Une étude récente menée par l'Université Cornell aux États-Unis a reconstitué le processus d'activité du magma souterrain lors de deux éruptions majeures de l'Etna et a découvert que son « système de pipelines » interne était piloté par des mécanismes complètement différents selon les périodes historiques. Ce résultat devrait fournir des moyens techniques plus sophistiqués pour l’évaluation future des risques d’éruption volcanique.
L'équipe de recherche a souligné que le « système de pipelines » à l'intérieur d'un volcan s'étend souvent profondément sous terre et forme un réseau très complexe. Même pour un même volcan, son magma peut s'élever selon des trajectoires complètement différentes et relâcher la pression lors de différentes éruptions. Ce projet collaboratif, dirigé par Esteban Gazel, professeur à la chaire Charles N. Melos au Département des sciences de la Terre et de l'atmosphère de l'Université Cornell, a choisi comme objet le volcan Etna, qui a une structure relativement « simple » et est dominée par des matières volatiles, et a systématiquement analysé des échantillons de cristaux de magma provenant de deux éruptions représentatives de ce volcan dans le passé.
Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Geochemistry, Geophysics, Geosystems. Le premier auteur de l'article est Maxim Gavrilenko, ancien chercheur postdoctoral à l'Université Cornell. Gazelle s'intéresse depuis longtemps aux mécanismes des éruptions volcaniques, en particulier aux facteurs qui déclenchent de violentes éruptions explosives et au rôle dominant que jouent les différents composants volatils dans ce processus.
L'équipe de recherche a souligné que le caractère explosif d'une éruption volcanique est étroitement lié à la viscosité du magma ainsi qu'à la quantité et à la répartition des gaz volatils contenus dans le magma. Gazelle a utilisé une boisson gazeuse comme analogie : si vous ouvrez une bouteille de soda qui n'a pas été secouée, elle se dégonflera facilement ; mais si vous le secouez violemment puis ouvrez la bouteille, les bulles contenues dans la bouteille se sépareront et se dilateront rapidement, provoquant une violente éruption. Le processus d’éruption d’un volcan est dans une certaine mesure similaire à celui-ci.
L'eau et le dioxyde de carbone sont les deux composants volatils les plus importants du magma volcanique. La communauté géologique considère depuis longtemps l’eau comme le composant volatil clé qui domine le comportement des éruptions volcaniques. Cependant, l'équipe de recherche de Gazelle a proposé dans une étude de 2023 que le dioxyde de carbone peut également déclencher directement des éruptions explosives. Cette conclusion vient de leur nouvelle méthode d’utilisation de la spectroscopie Raman pour analyser de minuscules bulles dans les cristaux de magma.
Grâce à la spectroscopie Raman, les chercheurs ont pu mesurer la densité du dioxyde de carbone de bulles de taille micrométrique dans les inclusions cristallines du magma, qui ne représentent qu'environ un pour cent à un dixième de l'épaisseur d'un cheveu humain. Gavrilenko a déclaré qu'après avoir obtenu la densité du dioxyde de carbone, l'équipe l'a convertie en pression à l'aide de l'équation d'état, puis a calculé la profondeur du magma à partir de la pression, reconstruisant ainsi la structure tridimensionnelle du système de canalisations interne du volcan avec une précision sans précédent.
Dans cette étude, l’équipe a appliqué cette technologie à deux éruptions importantes de l’Etna. Les résultats ont montré qu'un même volcan peut libérer du magma et du gaz par des « canaux » complètement différents à différentes périodes historiques. L'une des éruptions survenues en 122 avant JC était extrêmement importante. La composition du magma appartenait à la catégorie mafique à faible viscosité et le type d'éruption était classé comme "Plinien" - il s'agit du grade d'éruption le plus violent nommé d'après Pline l'Ancien, l'enregistreur de l'éruption du Vésuve en 79 après JC.
Afin d'obtenir des échantillons de haute qualité, les collaborateurs de recherche Terry Plank et Bruce Houghton ont pénétré en profondeur dans le champ du volcan Etna pour effectuer un échantillonnage systématique et effectuer des analyses de séquence et des mesures fines des cristaux de magma. Les données montrent que lors de cet événement en 122 avant JC, le magma s'est d'abord élevé lentement d'une profondeur d'environ 22 kilomètres et a stagné à un niveau peu profond entre 2 et 5 kilomètres au-dessus de la surface pendant plusieurs semaines, au cours desquelles il a progressivement perdu du gaz et a finalement déclenché une éruption.
L’équipe a ensuite comparé les nouvelles données avec des échantillons d’une autre éruption antérieure, l’événement Fall Stratified il y a environ 4 000 ans. Les résultats montrent que le processus de montée du magma de ce dernier est complètement différent : le magma s'écoule rapidement d'une couche de manteau plus profonde d'environ 24 à 30 kilomètres jusqu'à la surface, achevant sa montée et entrant en éruption en quelques heures seulement. La principale force motrice vient de la concentration nettement plus élevée de dioxyde de carbone dans le magma.
Gazelle a souligné qu'il existe des différences évidentes dans la composition des composants volatils entre les différents volcans : certains volcans situés sur des îles océaniques sont dominés par de fortes concentrations de dioxyde de carbone, tandis que les volcans situés dans des zones de subduction sont davantage contrôlés par la teneur en eau. L'Etna est l'un des rares volcans spéciaux où deux substances volatiles, l'eau et le magma, « se disputent la domination ». Les résultats de la recherche montrent que lorsque la concentration de dioxyde de carbone dépasse un certain seuil, l'éruption démarre rapidement à partir de profondeurs plus profondes et éclate dans un court laps de temps ; lorsque l'influence de l'eau est plus forte, le processus d'éruption est principalement contrôlé par la structure peu profonde, et le magma stagnera près de la surface, dégazera, puis éclatera.
Actuellement, l'équipe de Gazelle applique la même méthode à de nombreux volcans du Chili, d'Hawaï et d'autres régions, dans l'espoir de construire une gamme plus large de modèles fins de canalisations internes dans les volcans. Il a déclaré qu'idéalement, ce type d'analyse devrait être effectué sur tous les volcans du monde, car ces données de base sont cruciales pour établir des modèles physiques d'éruptions et améliorer le système d'évaluation des risques volcaniques.
Outre sa valeur scientifique, l’Etna est également intéressante sur le plan culturel. Il est considéré dans la mythologie grecque antique comme le lieu de sépulture des géants Typhon et Encelade. Gazelle a comparé de manière frappante les systèmes de canalisations souterraines des deux éruptions à ces deux géants mythiques : l'éruption plinienne de 122 avant JC correspondait à un canal mince et sinueux de « type Typhon », tandis que l'événement plus ancien était similaire à une structure plus petite de « type Encelade ». Il a admis qu'il est difficile de ne pas être attiré par l'histoire, la culture classique et la cuisine locale lorsqu'on travaille sur l'Etna.
Il est rapporté que l'étude « Origine profonde et lancement peu profond de l'éruption plinienne mafique de l'Etna 122 avant JC » (Origine profonde et lancement peu profond de l'éruption plinienne mafique de l'Etna 122 avant JC) a été financée par la National Science Foundation. L'article a été officiellement publié le 2 juin 2026 et a fourni des modèles théoriques détaillés et des données d'observation, fournissant une référence clé pour la future recherche sur le mécanisme des éruptions volcaniques mondiales et l'évaluation des risques.