Le Royaume des Tonga a explosé dans l’actualité mondiale le 15 janvier de l’année dernière avec l’une des éruptions volcaniques les plus spectaculaires et les plus violentes jamais vues.
Remarquablement, il a été causé par un volcan qui se trouve sous des centaines de mètres d’eau de mer. L’événement a choqué le public et les scientifiques des volcans.
Était-ce un nouveau type d’éruption que nous n’avions jamais vu auparavant ? Était-ce un signal d’alarme pour accorder plus d’attention aux menaces des volcans sous-marins du monde entier ?
La réponse est oui aux deux questions.
Le volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai était un mont sous-marin peu connu le long d’une chaîne de 20 volcans similaires qui composent la partie tongane du Pacifique « Anneau de feu. »
Nous en savons beaucoup sur les volcans de surface le long de cet anneau, notamment le mont St Helens aux États-Unis, le mont Fuji au Japon et le Gunung Merapi en Indonésie. Mais nous savons très peu de choses sur les centaines de volcans sous-marins qui l’entourent.
Il est difficile, coûteux et chronophage d’étudier les volcans sous-marins, mais loin des yeux n’est plus loin du cœur.
L’éruption des Tonga bat des records
L’éruption Hunga Tonga-Hunga Ha’apai s’est fermement établie dans le livre des records avec le panache de cendres le plus élevé jamais mesuré et un Nuage d’aérosol de 58 km « dépassement » qui touchait l’espace au-delà de la mésosphère. Il a également déclenché la le plus grand nombre d’éclairs enregistrées pour tout type d’événement naturel.
Crédit : NOAA
L’injection de grandes quantités de vapeur d’eau dans l’atmosphère extérieurede même que « bangs soniques » (ondes de pression atmosphérique) et tsunami qui ont parcouru le monde entier, ont établi de nouvelles références pour les phénomènes volcaniques.
COVID a entravé l’accès aux Tonga pendant l’éruption et ses conséquences, mais des scientifiques locaux et un effort de collaboration scientifique international nous ont aidés à découvrir ce qui a conduit à son extrême violence.
L’éruption crée un trou géant
Une équipe des Tonga Geological Services et de l’Université d’Auckland a utilisé un système de cartographie sonar multifaisceaux pour mesurer avec précision la forme du volcan, trois mois seulement après l’explosion de janvier.
Nous avons été étonnés de constater que le bord du vaste volcan sous-marin était intact, mais le sommet plat du cône sous-marin, autrefois de 6 km de diamètre, était déchiré par un trou de 4 km de large et de près de 1 km de profondeur.
Ceci est connu sous le nom de « caldeira » et se produit lorsque la partie centrale du volcan s’effondre sur elle-même après que le magma a été rapidement « pompé ». Nous calculons que plus de 7,1 kilomètres cubes de magma ont été éjectés. C’est presque impossible à envisager, mais si on voulait remplir la caldeira, il faudrait un milliard de chargements de camions.
Il est difficile d’expliquer la physique de l’éruption de Hunga, même avec le grand volume de magma et son interaction avec l’eau de mer. Nous avons besoin d’autres forces motrices pour expliquer en particulier la première heure culminante de l’éruption.
Les magmas mixtes conduisent à une réaction en chaîne
Ce n’est que lorsque nous avons examiné la texture et la chimie des particules en éruption (cendres volcaniques) que nous avons vu des indices sur la violence de l’événement. Différents magmas étaient intimement mélangés et mêlés avant l’éruption, avec des contrastes visibles à l’échelle du micron au centimètre.
Les « empreintes digitales » isotopiques utilisant du plomb, du néodyme, de l’uranium et du strontium montrent qu’au moins trois sources de magma différentes étaient impliquées. L’analyse des isotopes du radium montre que deux corps magmatiques étaient plus anciens et résidaient au milieu de la croûte terrestre, avant d’être rejoints par un nouveau, plus jeune, peu de temps avant l’éruption.
Le mélange de magmas a provoqué une forte réaction, chassant l’eau et d’autres soi-disant «éléments volatils» hors de la solution et dans le gaz. Cela crée des bulles et une mousse de magma en expansion, repoussant vigoureusement le magma au début de l’éruption.
Cette composition intermédiaire ou « andésite » présente une faible viscosité. Cela signifie que le magma peut être rapidement expulsé par des fissures étroites dans la roche. Par conséquent, il y a eu un tapotement extrêmement rapide de magma de 5 à 10 km sous le volcan, entraînant des effondrements soudains par étapes de la caldeira.
L’effondrement de la caldeira a entraîné une réaction en chaîne car l’eau de mer s’est soudainement drainée à travers des fissures et des failles et a rencontré du magma s’élevant des profondeurs du volcan. Le contact direct à haute pression résultant de l’eau avec le magma à plus de 1150 ℃ a provoqué deux explosions de haute intensité environ 30 et 45 minutes après le début de l’éruption. Chaque explosion a décompressé davantage le magma en dessous, poursuivant la réaction en chaîne en amplifiant la croissance des bulles et la montée du magma.
Après environ une heure, le panache d’éruption central a perdu de l’énergie et l’éruption s’est déplacée vers une éjection de particules à basse altitude dans un motif concentrique en forme de rideau autour du volcan.
Cette phase d’éruption moins ciblée a conduit à des flux pyroclastiques généralisés – des nuages de gaz chauds et rapides, des cendres et des fragments de roche – qui se sont effondrés dans l’océan et ont provoqué des courants de densité sous-marins. Ceux-ci ont endommagé de vastes longueurs de câbles de données internationaux et nationaux, coupant les Tonga du reste du monde.
Questions et défis sans réponse
Même après une longue analyse d’un nombre croissant de témoignages oculaires, il reste encore des questions majeures sans réponse sur cette éruption.
Le plus important est ce qui a conduit au plus grand tsunami local – une vague de 18 à 20 m de haut qui a frappé la plupart des îles centrales des Tonga environ une heure après le début de l’éruption. Les tsunamis antérieurs sont bien liés aux deux grandes explosions survenues environ 30 et 45 minutes après le début de l’éruption. Actuellement, le meilleur candidat pour le plus grand tsunami est l’effondrement de la caldeira elle-même, qui a fait refluer l’eau de mer dans la nouvelle cavité.
Cet événement n’a de parallèles qu’avec la grande éruption de 1883 du Krakatoa en Indonésie et a changé notre perspective des dangers potentiels des volcans sous-marins peu profonds. Des travaux ont commencé pour améliorer la surveillance volcanique aux Tonga à l’aide de capteurs sismiques terrestres et offshore ainsi que de capteurs d’infrasons et d’une gamme d’outils d’observation par satellite.
Toutes ces méthodes de surveillance sont coûteuses et difficiles par rapport aux volcans terrestres. Malgré les dépenses énormes des navires de recherche sous-marins, des efforts intensifs sont en cours pour identifier d’autres volcans dans le monde qui posent des menaces de type Hunga.
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