Une étude, dont les résultats intitulés «What factors control superficial lava dome explosivity?» ont été publiés dans la revue Nature Scientific Reports, a permis, à partir d'observations faites sur plusieurs dômes de lave de par le monde, d’expliquer l’explosivité superficielle dévastatrice de certains d'entre eux.

Rappelons tout d'abord, que «les volcans qui produisent des magmas riches en silice et donc très visqueux, peuvent édifier des dômes de lave lorsqu’ils entrent en éruption», ce phénomène étant «très fréquent pour les volcans des zones de subduction comme l’Unzen (Japon), Soufrière Hills (Montserrat), le Merapi (Indonésie), le Santiaguito (Guatemala) ou le Bezymianny (Kamchatka), connus pour leurs éruptions ces dernières décennies».

Or, dans quelques cas, les dômes de lave génèrent, à la base du dôme en cours de croissance, de «violentes explosions dirigées latéralement» comme «ce fut le cas à la Montagne Pelée (Martinique) le 8 mai 1902», alors que le dôme de lave «n’avait débuté sa croissance que deux jours auparavant».

Comme «l'origine de ces explosions superficielles dévastatrices a toujours été débattue, sans être vraiment expliquée», l'étude ici présentée s'est penchée «sur les éruptions de 1902-1905 et de 1929-1932 de la Montagne Pelée, de Soufrière Hills, du Santiaguito, de l’Unzen , mais aussi les dômes de lave de la Chaîne des Puys (Puy de Dôme, Puy Chopine)» pour comparer «deux types de comportement au cours de la croissance de dômes de lave».

Ainsi, il y a, d'une part, «des éruptions qui, au cours de leur déroulement, produisent de simples écroulements dus à l’instabilité de certaines parties du dôme de lave en cours de croissance» dont le moteur est la gravité: «ces écroulements donnent lieu à des écoulements de cendres et blocs (écoulements pyroclastiques)» qui «se canalisent dans les vallées» avec un grand effet destructeur mais limité spatialement.

 
D’autre part, il y a des éruptions qui «s’accompagnent d’explosions superficielles latéralement dirigées qui génèrent des écoulements pyroclastiques dilués et turbulents, extrêmement dévastateurs, se propageant sur de grandes superficies»: l'exemple de référence de ce type d’explosion, qui «se produit à la base du dôme de lave en cours de croissance», où toute l’énergie «est concentrée dans une seule direction, ce qui augmente l’effet destructeur des écoulements associés», est l'éruption de 1902 de la Montagne Pelée.

Grâce à l'analyse de «la composition et la texture d’échantillons prélevés dans plusieurs dépôts d’écoulements pyroclastiques associés à ces deux types d’éruption ainsi que sur les dômes de lave correspondants», il est apparu «que les quantités et tailles de vésicules et de microcristaux de ces échantillons étaient très différentes selon leur provenance».

Plus précisément, «les fragments liés aux écroulements de dôme sont très dégazés, peu poreux (faible vésicularité) et présentent beaucoup de microcristaux» tandis que «les fragments provenant des explosions superficielles sont plus diversifiés» pouvant «être peu dégazés et montrer des vésicularités proches des ponces d’éruptions pliniennes sans microcristaux», alors que d’autres, très dégazés, «ont une faible vésicularité et une forte microcristallinité», les fragments les moins vésiculés contenant «en abondance des précipitations de silice (cristobalite) remplissant les vides et vésicules et diminuant ainsi la vésicularité».

A partir de ces observations, un nouveau scénario de l’explosivité des dômes de lave a été proposé. Les magmas, «généralement très dégazés, cristallisés et donc très visqueux», qui «arrivent en surface et génèrent des dômes de lave», ont «perdu leur gaz au cours de la remontée dans des conduits probablement perméables ou au travers de la colonne de magma ascendante». De ce fait, les circulations de gaz magmatiques «sont riches en silice» et «entraînent la précipitation de silice (cristobalite) lorsque la température décroit en dessous de 400°C, c’est-à-dire dans la périphérie du dôme en cours de croissance».

Il en résulte que «la faible vésicularité associée à la forte microcristallinité et la précipitation de cristobalite» forme «sur la périphérie du dôme une carapace plus ou moins imperméable» qui peut même «être totalement imperméable en début d’éruption, lorsque le dôme de lave est de petite dimension, car ce dernier est peu fracturé». Dans ce cas, «du magma moins dégazé se trouve isolé dans le dôme de lave et est responsable d’une surpression à l’origine de l’explosion superficielle».

Il n'en est plus ainsi, «lorsque le dôme de lave grossit», car, d'une part «il se fracture et la carapace perd son caractère imperméable» et, d'autre part, «il exerce une charge que la surpression de la partie non dégazée ne peut vaincre limitant ainsi l’explosivité».

En outre, «en utilisant la diffusion intracristalline du titane dans les magnétites contenus dans ces échantillons», il a été mis en évidence «que le magma dégazé qui forme la carapace du dôme a un temps d’ascension beaucoup plus long (de l’ordre de la centaine de jours) que le magma non dégazé qui est piégé à l’intérieur du dôme de lave (de l’ordre de la dizaine de jours)».

Cette étude va donc avoir «des conséquences en termes de prévention des risques pour les futures éruptions à dôme» car elle met en lumière «que seuls les dômes de lave de petite taille, en début de croissance ont une potentialité explosive».