La microsismicité longue période révèle qu’une activité fluidique cryptique déclenchée par les séismes peut faciliter les éruptions de caldeira

Pourquoi les séismes lointains importent pour les volcans

Les volcans ne sont pas aussi isolés qu’ils en ont l’air. Partout dans le monde, des séismes d’intensité modérée à forte ont été observés avant des éruptions volcaniques, parfois seulement quelques heures plus tôt. Pourtant, les scientifiques ont eu du mal à observer précisément ce qui se passe à l’intérieur d’un volcan dans la brève fenêtre entre un gros séisme et une éruption. Cette étude exploite une éruption rare et bien instrumentée du volcan Sierra Negra aux îles Galápagos pour révéler une chaîne d’événements cachée : de minuscules séismes sourds et à basse fréquence qui trahissent des fluides sous pression affaiblissant le volcan de l’intérieur avant que le magma ne parvienne finalement à se frayer un chemin.

Un volcan insulaire agité

Sierra Negra est un volcan large et en forme de coupe, appelé caldeira, qui gonfle lentement depuis des décennies à mesure que du magma s’accumule dans un réservoir peu profond, en forme de dike ou de sill, situé à environ 2 kilomètres sous la surface. Une importante faille interne, la Trapdoor Fault, traverse le plancher de la caldeira. Les éruptions passées, en 1979 et 2005, ont débuté moins de trois heures après des séismes modérés sur cette faille, ce qui suggère que le glissement de faille peut instantanément « décrisper » les roches au‑dessus du magma et ouvrir une voie pour la lave. Mais en juin 2018, après 13 ans d’inflation continue totalisant plus de 6,5 mètres, un séisme de magnitude 5,4 a frappé la partie sud de la Trapdoor Fault — et le volcan a mis, de manière déroutante, huit heures avant de réagir.

À l’écoute des plus petits tremblements

Contrairement aux épisodes antérieurs, l’événement de 2018 a été enregistré par un réseau dense de sismomètres et de récepteurs GPS. Les auteurs ont combiné des outils d’apprentissage automatique, des détecteurs de phases automatisés et des techniques de corrélation par gabarits pour établir un catalogue sismique beaucoup plus complet pour la journée de l’éruption. Cela leur a permis de détecter des milliers de très petits séismes, beaucoup trop faibles pour être trouvés par les méthodes traditionnelles. Ils ont également utilisé des mesures GPS de type satellite pour suivre les déplacements du sol à quelques millimètres près. Ensemble, ces données ont révélé quatre étapes : une inflation régulière avant le séisme principal ; une période calme d’aftershocks sans changement détectable de la déformation de surface ; une rupture soudaine du rebord nord et nord‑ouest de la caldeira liée à une intrusion magmatique ; et enfin l’éruption, qui a commencé environ dix heures après le séisme initial.

La vie cachée des séismes longue période

La découverte clé réside dans ce qui s’est passé pendant les huit heures « calmes » entre le séisme principal et le mouvement du magma. Environ deux heures après l’événement de magnitude 5,4, un nouveau type de signal sismique est apparu dans le nord‑ouest de la caldeira, près d’une zone hydrothermale connue sous le nom de Minas del Azufre. Il s’agissait de micro‑séismes longue période — de petits événements dont l’essentiel de l’énergie se situe à basse fréquence, plus proches d’un coup étouffé que d’un craquement net. Ils se produisaient en familles répétées, avec des formes d’onde presque identiques, groupées dans l’espace et dans le temps. Une analyse minutieuse a montré que ces signaux étaient dépourvus des schémas attendus d’un simple glissement fragile de faille. Certaines paires étaient même des « anti‑répétiteurs » avec une polarité de forme d’onde inversée, impliquant des basculements rapides de la direction des contraintes locales. Leur localisation le long des failles limitant le réservoir et ces caractéristiques indiquent fortement la circulation de fluides ou de gaz sous pression à travers des fractures plutôt qu’une rupture rocheuse ordinaire.

Des fluides cryptiques à l’éruption complète

Ces essaims longue période ont persisté pendant environ six heures puis se sont arrêtés brusquement quand des séismes plus énergétiques et à fréquence plus élevée ont pris le relais et que l’édifice a commencé à céder. Vers 17:00 UTC, les taux et magnitudes sismiques ont bondi, signalant que les roches au‑dessus du réservoir magmatique dans la caldeira nord‑ouest ont finalement rompu et que le magma a commencé à s’injecter latéralement. Les données GPS à haute cadence ont enregistré un mouvement rapide du sol alors que le sill peu profond se dégonflait et que le magma se propageait vers la surface. Environ deux heures et demie plus tard, des fissures se sont ouvertes près de Volcán Chico et la lave a commencé à s’écouler, accompagnée d’une activité sismique continue et d’un affaissement rapide du plancher de la caldeira. Tout au long du délai de huit heures, il n’y a eu aucun signe d’une surpression supplémentaire à l’intérieur du réservoir magmatique lui‑même — ni soulèvement supplémentaire ni changement de style sismique qui indiquerait l’alimentation du réservoir depuis des niveaux plus profonds.

Ce que cela signifie pour les risques volcaniques

Pour de nombreux volcans, il a été tentant de supposer qu’un grand séisme voisin qui ne déclenche pas d’éruption le fait simplement parce que le système magmatique n’était pas prêt, ou que lorsqu’il déclenche une éruption le lien est direct. Cette étude dresse un tableau plus nuancé. À Sierra Negra, le séisme principal a infligé une forte impulsion de contrainte à un réservoir déjà primé et gonflé, mais l’éruption a toutefois nécessité une phase intermédiaire et en grande partie invisible où des fluides chauds ont suinté le long des failles, élevé la pression de porosité et affaibli silencieusement la roche environnante. Ce n’est qu’après cette activité fluidique « cryptique » que l’édifice a cédé et que le magma s’est échappé. Les résultats suggèrent que la surveillance de très petites microsécismes à basse fréquence pourrait être cruciale pour reconnaître quand un volcan apparemment calme est entré dans les stades finaux et instables qui poussent un système perturbé par un séisme vers l’éruption.

Citation: Song, Z., Bell, A.F., LaFemina, P.C. et al. Long-period microseismicity reveals cryptic earthquake-triggered fluid activity can facilitate caldera eruptions. Nat Commun 17, 2040 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68645-4

Mots-clés: volcan, déclenchement par les séismes, Sierra Negra, magma et fluides, microsismicité