Activité de fontaines de lave sommitales
III- 3-4 Apport de nos données à la compréhen ocessus magmatiques à l’origine es tain de l de janvier – juin
e jo s p ti r n d v n s l
e et 20 u éq e ive ’a é
position chimique des gaz propul surée à
par tro ie T ne pr n us es an s à l’origi
marquable série de fontai é p pa lar al. [2003], sur la base d’une
ultidiscipl in do s an qu is es tro ue
iqu os lta po d on no les le du ol t
enus en i o t n o t p n n n
écanismes m llard et al., en prép e
les a rts cipa
ut es ur th des laves émis tr 6 ier m i
ontre que les fontaines de lave au SEC ont bien ar l’injec un magma primitif dans un olué sous le SEC [Joron et Clocchiatti, 2001; Allard et
cl s itreuses - notamment celles du 16
vérifient l’apport de ce mag rim ric n M ( ableau en th rium
s III . I ontrent que celui-ci est tout à fait comparab e chim u
prim eu rès n des éruptions latérales de 2001 et
ep , qu ic t latils (~3% poids), le magm injecté est
tive p auv n eau (2,5% en moyenne) et en CO2 q e le m gma basaltique qui nté nt de ves é e l’éruption de 2002 (3,4% ; Figure III-20). Ceci
une n de kag -é f d iro m sous l nivea de la er (pression
MPa re 0 s superficielle que le niveau de stockage magmatique (∼5 km
avons f r d 1 conditions d’ascension et dégazage
gm taie onc rem di nte ce q i ont ontrôl la dy amique des
s de en 2 ( Ch e
sion des pr d fon es ave
A c ur, les eules ublica ons su les fo taines e lave de jan ier-jui 2000 ont ce les de Alparon al. [ 03] s r la s uenc érupt et l ctivit sismique, et celle de Allard et al.
[2005] sur la com sant la fontaine du 14 juin 2000, me
distance spec scop OP-F IR. U inter étatio exha tive d méc isme ne de
cette re nes a té pro osée r Al d et
étude m inaire comb ant nnée volc ologi es, s miqu , pé logiq s et
géochim es. N résu ts ap rtent es d nées uvel sur s pro its s ides e leurs cont volat ls diss us, no amme t des c ntrain es en ressio , et co tribue t ainsi à une
meilleure quantification des m is en jeu [A aration]. On en soulign
ci-après ppo prin ux.
L’évol ion d tene s en orium es en e le 2 janv et la i-ma 2000
(Figure III-16) dém été déclenchées p tion
d’ ‘réservoir’ év
al., 2003]. Nos résultats sur les roches totales et les in usion v
avril - ma p itif, he e gO T III-4) et pauvre o
(Figure -14 et III-15) ls m l iquement a
magma itif extrudé p ap , mais en grande qua tité, lors
2002. C endant bien e r he en élémen s vo a
significa ment lus p re e u a
a alime les fo aines la au d but d
suggère profo deur stoc e pré rupti ’env n 2 k e u m
de 130 ; Figu III-2 ), plu ) que
nous identi ié pou les éruptions e 200 et 2001. Les
de ce ma a é nt d sû ent ffére s de lles u c é n
fontaine lave 200 voir apitr IV).
170
Chapitre III – Activité éruptive à l’Etna durant la période 2000-2003 La fontaine du 15 mai 2000 marque un tournant notable dans la séquence éruptive: le
émis sont dominés par une minéralogie évoluée
s
produits (olivines Fo~70 ; Figure III-17) et seules
uelques olivines contiennent le liquide primitif caractéristique du 16 avril. De plus, les inc
Joron et Clocchiatti, 2001]). Une nouvelle réalimentation du servoir superficiel du SEC se manifeste deux mois avant l’éruption latérale de 2001, lors de nou
Wood [2001], et a été appliqué avec succès à interprétation des fontaines de lave périodiques du Kilauea, à Hawaii [Vergniolle et Jaupart, 1990]. Il rend effectivement bien compte de la séquence et de la dynamique des fontaines de q
lusions sont appauvries en eau, CO2 et soufre (1-2,5 % au total) et suggèrent des pressions de piégeage de seulement ~80 MPa. Les produits du 1er juin sont encore un peu plus évolués et plus dégazés, et ne contiennent plus trace du liquide primitif. Ces observations, ainsi que l’accroissement du Th dans les roches totales au cours du mois de juin (Figure III-16), confirment que le magma se différencie rapidement et que l’alimentation du réservoir superficiel en magma primitif s’est arrêtée ou a sensiblement diminué. C’est en accord avec l’allongement progressif de la périodicité des fontaines, puis avec la fin de la séquence le 24 juin. Ensuite, l’activité de l’Etna cesse complètement pour deux mois. Les produits émis fin août au Cratère Sud-Est, puis en octobre et vers les derniers jours de novembre au Sud-Est et à la Bocca Nuova, sont de nouveau évolués (Th = 7,5-8,3 ppm ; [
ré
veaux épisodes à fontaines de lave (Th ~7 ppm; Tableau III-1 et section III-1).
Ces variations importantes et rapides du thorium, et donc du taux de cristallisation fractionnée, impliquent que le réservoir alimentant le SEC dans cette période était de dimension modeste, évaluée à environ 50 millions de m3 [Allard et al., en préparation]. De plus, la périodicité rapprochée des 64 fontaines suggère un ‘toit’ relativement superficiel pour ce réservoir, estimé à 1,5-2 km de profondeur sous le SEC [Allard et al., 2005]. Enfin, la remarquable périodicité des fontaines et leur déroulement reproductible indiquent un mécanisme cyclique opérant dans un système magmatique de géométrie plutôt constante. Le mécanisme proposé sur la base des différentes données obtenues, en particulier de la composition chimique des gaz émis (hauts rapports CO2/S et S/Cl; [Allard et al., 2005]), est celui d’une accumulation cyclique de bulles de gaz au toit du réservoir, conduisant à la formation d’une mousse de bulles (« foam ») qui, lorsqu’elle dépasse une épaisseur critique, coalesce brutalement et se vidange périodiquement [Allard et al., 2003, 2005, et en préparation]. Ce processus a été modélisé par Jaupart et Vergniolle [1988] et Philips et
l’
171
Chapitre III – Activité éruptive à l’Etna durant la période 2000-2003 l’E
déclencher les ntaines de lave du Kilauea [Vergniolle et Jaupart, 1990].
tna en janvier-juin 2000. L’injection d’un magma primitif, plus chaud et plus riche en gaz, dans le système évolué qui était en place sous le SEC fin 1999 a probablement déstabilisé ce système, provoquant une convection turbulente, un probable mélange progressif des deux magmas, et favorisant un transfert préférentiel des bulles de gaz vers la partie supérieure du réservoir, avec développement périodique d’une mousse [Philips et Wood, 2001]. La quantité totale de H2O-CO2-S-Cl apportée dans le réservoir par le magma primitif peut être estimée sur la base de nos données sur les inclusions vitreuses, connaissant le volume du réservoir et la quantité de magma émise. De même, le taux moyen de recharge en gaz de la mousse de bulles avant chaque fontaine peut être estimé si l’on connaît la quantité de gaz émise pendant les fontaines, rapportée à la durée des intervalles de repos [Vergniolle et Jaupart, 1990]. Ces calculs ont été effectués et seront présentés dans une publication en soumission [Allard et al., en préparation]. Pour exemple, le taux de recharge en gaz de la mousse de bulles avant l’éruption du 14 juin 2000 a été évalué à ∼60 kg s-1, soit ∼0,8 m3 s-1 à la pression de confinement au toit du réservoir (∼50 MPa, voir notre modélisation tenant compte du globule de sulfure au Chapitre V). Un tel taux est comparable aux taux d’accumulation en gaz (>40-90 kg s-1) nécessaires pour
fo
Les différences entre les mécanismes de dégazage magmatique lors des fontaines de lave du type de celle de 2000 et lors des éruptions latérales en système fermé sont modélisées au Chapitre IV. Elles mettent en évidence une influence importante de la saturation en soufre (globule de sulfure) sur l’évolution de cet élément dans le magma et sur le rapport S/Cl de la phase gazeuse. La dynamique de remontée du magma apparaît exercer un contrôle déterminant sur la saturation en soufre et la formation ou non du globule de sulfure.
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, Cl et F
Chapitre IV
–
Modélisation
du dégazage de S
en fonction de la pression
et des dynamismes éruptifs
Chapitre IV – Modélisation du dégazage de S, Cl et F en fonction de la pression et des dynamismes éruptifs Ce chapitre présente notre modélisation de l’évolution de S-Cl-F et des rapports S/Cl et C/F en fonction de la pression lors du dégazage et de la différentiation des magmas actuels de l’Etna en systèmes ouvert et fermé. Cette modélisation, établie à partir des données sur les inclusions vitreuses, s’appuie sur nos résultats présentés au Chapitre III et sur les quelques données précédemment disponibles couvrant la période d’activité 1983-1999. L’évolution modélisée des rapports S/Cl et C/F dans le magma et dans la phase gazeuse montre des différences significatives entre (i) les éruptions latérales du type 2001-2002 provoquées par l’intrusion de dykes indépendants des conduits centraux du volcan et (ii) les éruptions sommitales ou latérales liées aux conduits centraux. Parmi ces dernières, on distingue également des évolutions différentes en cas d’activité strombolienne ou de fontaines de lave. Ce modèle nous permet donc de caractériser les modes de dégazage en fonction de la pression, de la dynamique d’ascension des magmas et des styles éruptifs correspondants. En particulier, il nous permet d’interpréter les différences de mécanismes à l’origine des fontaines de laves observées en 1999-2002 à l’Etna. Enfin, il fournit une base de référence pour l’interprétation des variations des rapports S/Cl et Cl/F mesurées dans les émissions gazeuses du volcan lors des mêmes éruptions. Cette modélisation fait l’objet d’un article soumis à Earth and Planetary Science Letters, inclus dans le Chapitre. On en résume ci-après les principaux résultats et leurs implications.