Les Forces de Cisaillement Déclenchent la Formation des Bulles Magmatiques, Remettant en Cause le Dogme de la Décompression

Pendant des décennies, la théorie dominante en volcanologie postulait que la formation des bulles de gaz propulsant les éruptions volcaniques résultait exclusivement d'une diminution de la pression lors de l'ascension du magma. Ce modèle traditionnel, établi depuis la fin des années 1950, désignait le processus de décompression comme le moteur principal de la nucléation gazeuse dans les systèmes magmatiques. Une recherche internationale publiée en 2025, impliquant des scientifiques de l'ETH Zurich, nuance fondamentalement cette compréhension en introduisant le rôle critique des contraintes mécaniques dans la genèse des bulles.

La découverte majeure de cette étude fondamentale réside dans l'identification de l'effet des forces de cisaillement. Ces forces sont générées par le mouvement différentiel du magma au sein des conduits volcaniques, devenant particulièrement intenses près des parois où les effets de friction sont maximaux, créant ainsi des zones de stress mécanique élevé. Pour confirmer cette hypothèse, les chercheurs ont mis au point un système expérimental analogue sophistiqué. Ils ont utilisé un polymère en fusion saturé en dioxyde de carbone (CO2) et ont observé une nucléation spontanée de bulles dans les régions soumises à un cisaillement contrôlé, même en l'absence de variation significative de la pression environnementale.

Cette observation expérimentale a permis de formaliser un nouveau mécanisme de nucléation, nommé nucléation induite par cisaillement, qui vient compléter le processus de décompression classique. Un paramètre essentiel révélé est la relation inverse entre la concentration en gaz dissous dans le magma et la contrainte de cisaillement critique nécessaire pour initier la formation des bulles. Plus la concentration en volatile dissous est élevée, plus la contrainte de cisaillement requise pour déclencher la nucléation diminue, un facteur déterminant pour les magmas riches en gaz.

Ce nouveau mécanisme a des répercussions considérables sur la volcanologie, notamment pour l'explication des éruptions effusives, caractérisées par des coulées de lave calmes. L'apparition précoce des bulles due au cisaillement permettrait une libération progressive des gaz avant que le magma n'atteigne des zones de décompression critique, atténuant ainsi la violence potentielle du comportement éruptif. Cette avancée remet en perspective l'interprétation des archives géologiques, suggérant que les estimations antérieures des taux d'ascension magmatique, souvent basées sur la texture des bulles, pourraient être surestimées si la nucléation induite par le cisaillement a été un facteur prépondérant.

Des scientifiques, dont Olivier Roche de l'Institut de Recherche pour le Développement (IRD) et Olivier Bachmann de l'ETH Zurich, ont contribué à cette recherche publiée dans la revue Science. Cette avancée, qui s'appuie sur des simulations moléculaires et des modèles théoriques, enrichit l'arsenal des outils disponibles pour les chercheurs afin de mieux anticiper les manifestations volcaniques des quelque 1 500 volcans actifs recensés, dont la dynamique interne est essentielle pour la gestion des risques naturels.