En 2011, le volcan Kizimen dans la péninsule du Kamtchatka de l’Extrême-Orient russe a commencé à entrer en éruption d’une manière inhabituelle. Après presque un siècle de sommeil, le sol a commencé à trembler avec une série de tremblements de terre qui ont formé un battement de tambour puissant et régulier.
Les tremblements de terre à battements de tambour sont rares bien que les géologues les aient parfois enregistrés. Cependant, celui-ci était étrange car le battement était stable pendant des jours mais avec le temps, il est passé à une fréquence plus basse avec un « battement » plus puissant.
C’est un casse-tête. Les volcanologues ont diverses théories pour expliquer comment les volcans provoquent des tremblements de terre, mais celles-ci ne tiennent pas compte de l’effet de battement de tambour à Kizimen.
Maintenant, Parovik Roman de l’Université d’État Vitus Bering Kamchatka en Russie et quelques collègues ont développé un modèle qui explique ce comportement étrange et comment différents battements peuvent émerger du même volcan.
Les volcanologues savent depuis longtemps que le mouvement du magma et des gaz à haute pression à travers les fissures force le sol à se séparer avec une force explosive. Ce processus crée les tremblements de terre pour lesquels les volcans sont connus. Cependant, cela n’explique pas l’effet de battement de tambour.
Modèle Stick-Slip
Roman et ses collègues se sont donc tournés vers une idée de base de la science des tremblements de terre – le modèle stick-slip, qui explique comment se produisent la plupart des tremblements de terre conventionnels. Le modèle se compose d’un bloc posé sur une surface tiré avec une force progressivement croissante. Au début, la friction empêche le bloc de bouger, mais lorsque la force surmonte la friction, le bloc glisse soudainement. Cela équivaut au mouvement soudain de la terre lors d’un tremblement de terre.
Roman et ses collègues disent que quelque chose de similaire peut se produire à l’intérieur des volcans lorsque le magma force son chemin vers la surface. Dans ce cas, la tête du flux peut se solidifier de sorte que la pression monte jusqu’à ce qu’elle cède, permettant au magma liquide de s’échapper. Ce changement soudain crée un tremblement de terre.
Le processus conduit à un effet de battement de tambour lorsque la solidification suivie d’éclatement se répète régulièrement. Au volcan Kizimen en 2011, cela se produisait toutes les 14 secondes en mars, mais en octobre, la fréquence avait considérablement ralenti à une fois toutes les quelques minutes.
Qu’est-ce qui fait changer la fréquence ? Roman et ses collègues affirment que la viscosité du magma peut changer avec le temps. Et lorsque le flux devient plus épais et plus fort, la vitesse à laquelle il se solidifie change également.
Les chercheurs ont créé un modèle mathématique qui prend en compte tous ces détails, puis l’ont comparé aux données sismiques générées par le volcan tout au long de 2011.
Il s’avère que la vitesse de solidification, ou congélation, est un facteur particulièrement important dans la période des battements de tambour. « Le coefficient de congélation du bloc a eu la plus grande influence sur les oscillations », explique Roman et ses collègues. Le magma qui gèle plus facilement crée un bloc plus efficace nécessitant plus de force à surmonter. Cela ralentit la fréquence du battement de tambour mais le rend plus puissant, tout comme on l’observe à Kizimen.
C’est un résultat intéressant qui donne un meilleur aperçu du comportement de certains volcans et des étranges tremblements de terre qu’ils produisent.
Il suggère également une nouvelle façon d’analyser les volcans en étudiant la fréquence des tremblements de terre qu’ils produisent et comment cela évolue. Cette nouvelle façon de regarder à l’intérieur des volcans pourrait aider à comprendre comment les conditions changent à l’intérieur.
Cela pourrait être utile – les volcanologues ont besoin de toute l’aide possible pour étudier leurs charges
Réf : Modèle mathématique de l’effet Stick-Slip pour décrire le régime sismique « Drumbeat » lors de l’éruption du volcan Kizimen au Kamchatka : arxiv.org/abs/2107.00827
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