Le phénomène de formation de bulles dans les liquides sous pression est bien connu : lorsqu’on ouvre une bouteille de boisson gazeuse, des bulles se forment et peuvent projeter le liquide vers l’extérieur. Ce même processus se produit dans les magmas volcaniques. À mesure que le magma remonte vers la surface terrestre, la pression diminue, permettant aux gaz dissous de former des bulles. La quantité et le comportement de ces bulles déterminent le style d’éruption.
Un magma contenant beaucoup de bulles tend à devenir explosif et dangereux, tandis qu’un magma pauvre en bulles reste effusif avec des risques réduits. Jusqu’à récemment, les scientifiques attribuaient la formation des bulles uniquement à la décompression. Cependant, Olivier Roche et son équipe de l’Institut de recherche pour le développement ont découvert un mécanisme supplémentaire : le cisaillement contribue également à la nucléation des bulles.
Le cisaillement résulte des variations de vitesse au sein du magma en mouvement. Dans un conduit volcanique, la vitesse est maximale au centre mais très faible aux bords en raison des frottements. Pour étudier cet effet, les chercheurs ont utilisé du polyéthylène glycol saturé en dioxyde de carbone. Cet analogue du magma offrait des conditions expérimentales contrôlables et reproductibles.
Les expériences ont montré que des bulles se forment sous l’effet du cisaillement seul, sans aucune décompression. Plus la concentration en CO₂ augmentait, plus faible était la contrainte minimale nécessaire pour observer la formation de bulles. Les simulations numériques ont confirmé ces observations. L’énergie du cisaillement favorise la croissance des bulles en compensant les effets de la tension superficielle.
Ces découvertes revêtent une importance majeure pour la modélisation des éruptions volcaniques. Les modèles actuels ne tiennent compte que de la décompression et doivent intégrer ce nouveau mécanisme. Cette prise en compte permettra de mieux prédire le style d’éruption, explosif ou effusif. Les données obtenues contribueront également à améliorer les modèles simulant les panaches volcaniques et les nuées ardentes.
