Volcanisme andin : de la source des magmas au risque volcanique (animateurs : Pablo Samaniego, Ivan Vlastélic).

La cordillère des Andes s’étend sur plus 7000 km du Venezuela au Chili, constituant le plus long alignement de volcans continentaux de la planète. Elle est produite par la subduction du plancher océanique sous une croûte continentale, processus majeur et complexe qui détermine en profondeur la différenciation du manteau et la croissance des continents, et génère en surface une activité volcanique intense et menaçante à plusieurs égards. Ce thème transverse abordera les principales questions associées au volcanisme andin sur la base d’une approche croisant les outils de la pétrologie, de la géochimie, de la géophysique et de la volcanologie. Les travaux sur les volcans andins s’appuient sur les instruments de partenariat de l’IRD, en particulier le Laboratoire Mixte International « Séismes et Volcans dans les Andes du Nord » (2017-2021) et le Groupement De Recherche International « Andes » (2019-2023).

Trois programmes de recherche seront menés au cours de la période 2021-2025 :

(1) Le volcanisme andin s’exprime sur une croûte continentale généralement épaisse et hétérogène. Les magmas y subissent des transformations importantes qui masquent les processus génétiques profonds. Parmi ces derniers, le métamorphisme affectant les roches constituant la plaque océanique plongeante (déstabilisation minéralogique, déshydratation, fusion) joue un rôle majeur, mais encore mal compris, sur la composition, l’état redox et la fusibilité du manteau. Des approches analytiques et méthodologiques nouvelles seront développées pour lire dans la source des magmas andins, et reconstruire leur histoire dans la croûte continentale (P. Samaniego, F. Nauret, E. Rose-Koga, I. Vlastelic). Par exemple, nous mettrons au point la mesure isotopique (Sr, Pb) sur microéchantillon pour mesurer précisément la composition des liquides primitifs piégés sous forme d’inclusions microscopiques dans les minéraux cristallisant précocement. Nous analyserons la composition de minéraux précoces et tardifs pour retracer l’histoire des magmas. Nous développerons aussi l’analyse des rapports d’éléments hautement chalcophiles (sélénium/tellure) dans les laves pour mieux comprendre le comportement du soufre. L’arc équatorien qui comprend plusieurs alignements volcaniques échantillonnant le manteau à différentes distances de la zone de subduction (les cordillères orientales et occidentales, ainsi que le volcanisme arrière-arc) sera une cible privilégiée. Cet axe de recherche s’appuiera également sur des travaux expérimentaux visant à déterminer de manière générale l’état d’oxydation du manteau en contexte de subduction. Par exemple, l’étude expérimentale du comportement des isotopes du Fer lors de la déstabilisation de la serpentine permettra de mieux comprendre la libération du fer, sa spéciation et son influence sur l’état redox du manteau source des magmas d’arc (N. Bolfan-Casanova, M. Laubier).

(2) Les stratovolcans andins montrent généralement une alternance de périodes de repos et de cycles d’activité intense, ponctués de paroxysmes éruptifs. Ce comportement (régularité, durée et espacement des cycles, indice d’explosivité) est cependant hautement variable d’un volcan à l’autre, et pour un même volcan. L’origine de cette variabilité reste très partiellement comprise. Dans ce contexte, un premier objectif sera d’accéder à une meilleure connaissance de l’histoire éruptive des volcans andins, en croisant les méthodes de terrain avec des datations absolues (U-Pb, K-Ar, 14C) et relatives (téphrostratigraphie) (J-L. Paquette, J-C. Thouret, J-L. Le Pennec, P. Samaniego). Les volcans en activité seront l’objet d’une attention particulière car ils permettent d’étudier les processus de transfert de magma avec une haute résolution temporelle, et ainsi de détecter les processus de recharge à l’origine des événements éruptifs paroxysmaux. L’étude multidisciplinaire (pétrologique-géochimique-géophysique-volcanologique) de la séquence éruptive du volcan Tungurahua (Equateur) que les chercheurs du LMV conduisent depuis plusieurs années en collaboration avec les partenaires locaux, illustre le très fort potentiel de cette approche, et nous motive à continuer les recherches dans cette direction (F. Nauret, P. Samaniego, J.L. Le Pennec, J. Battaglia, I. Vlastelic). Un des objectifs prioritaires consistera à caractériser la fréquence, la magnitude et la dynamique des éruptions passées afin de proposer des scenarii éruptifs pour les volcans potentiellement dangereux, tels que le Cotopaxi et le Reventador en Equateur, l’Ubinas et le Sabancaya au Pérou.

(3) L’Homme côtoie les volcans andins depuis plusieurs milliers d’années. Les civilisations précolombiennes ont dû faire face à plusieurs pics d’activité volcanique, notamment entre 3000 et 2000 BP, période pendant laquelle d’importantes éruptions pliniennes ont eu lieu le long du front volcanique, affectant de façon intense la vallée interandine équatorienne. Aujourd’hui, si les manifestions volcaniques restent difficilement prévisibles, la connaissance grandissante des phénomènes permet de mieux gérer les conséquences, et de mettre en place des actions de réduction des risques. Dans cet esprit, nous conduirons plusieurs études visant à mieux comprendre et quantifier les différentes formes de l’aléa volcanique dans les Andes. Les dynamiques des panaches de cendre, des écoulements pyroclastiques et des lahars seront étudiées par des mesures sur le terrain et des simulations analogiques au laboratoire, en collaboration avec les mathématiciens (F. Donnadieu, O. Roche). Dans une démarche de réduction du risque, ces données seront utilisées pour cartographier les zones exposées aux aléas et définir l’exposition des personnes et des biens (J.L. Le Pennec). La toxicité chimique des gaz, du fait de leur contenu en métaux lourds et éléments radioactifs, et celle des cendres, du fait de leur pouvoir mutagène, seront l’objet de plusieurs nouvelles études conduites en collaboration avec les biologistes (J. Eychenne, L. Sauzéat, L. Gurioli, P.J. Gauthier, I. Vlastelic).