3 questions sur le volcan sous-marin au large de Mayotte

Depuis le printemps 2018, de nombreux séismes se sont produits en mer au large de Mayotte, à l'est de l'île. Plusieurs d'entre eux ont été fortement ressentis par les habitants. Des opérations d’observation et de recherche, menées par plusieurs établissements et laboratoires de recherche français (IPGP/CNRS/BRGM/IFREMER/IPGS) dans le cadre d'un programme CNRS-INSU financé par le ministère de la recherche et le ministère de la transition écologique et solidaire ont fait la lumière sur les mécanismes à l’origine de ces phénomènes.

Retour avec Nathalie Feuillet, chercheuse à l’institut de physique du globe de Paris, responsable du projet INSU TELLUS SISMAYOTTE et co-cheffe de la mission MAYOBS1, sur les opérations qui ont permis la découverte d’un nouveau volcan actif à l’est de Mayotte.

Que connaissions-nous du volcanisme de Mayotte avant ces missions ?

Mayotte est une île où très peu de séismes ont été ressentis au cours de la période historique. Les scientifiques disposaient donc d’études assez partielles et de peu de données.

Nous savons que c’est une île d'origine volcanique, qui a commencé à se construire il y a environ 20 millions d’années. Les traces les plus récentes d'activité volcanique ont été découvertes dans des carottes de sédiments prélevées dans le lagon de Mayotte. Ce sont des dépôts de cendres qui ont été datés autour de 7000 ans. La morphologie très bien préservée de cônes volcaniques et de cratères au nord-est de l'île suggère une activité volcanique plus récente dans cette zone, notamment sur Petite -Terre et à Mamoudzou. Le lac Dziani est d’ailleurs un lac connu pour le dégazage qui s’y produit et des études y ont déjà été menées par des collègues du BRGM et de l'IPGP.

Malgré ces indices d'activité assez récente à l'échelle des temps géologiques, l'île de Mayotte n’était pas considérée comme une île volcaniquement et sismiquement active. Avant mai 2010, seulement deux séismes avaient été ressentis par la population au cours des dernières décennies. Et il n'y a pas eu d'activité volcanique au cours de la période historique. Il n’y avait donc pas d’observation systématique de l'activité sismique et volcanique. Le réseau de stations sismologiques installé et maintenu par les collègues du BRGM a été très utile pour le suivi de la crise mais le type des stations (accéléromètres) et leur répartition géographique n'étaient pas adaptés pour localiser précisément les séismes et comprendre leur origine. Les stations sismologiques les plus proches, installées notamment autour du volcan actif du Kartala (Grande Comore) et à Madagascar, étaient trop lointaines pour améliorer significativement la localisation des séismes.

Pour compliquer les choses, la crise sismique se produit en mer. Même si des données de bathymétrie* haute résolution avaient été acquises dans cette zone (campagne BATHYMAY, BRGM et transits du SHOM), la couverture était trop partielle pour avoir une idée des structures qui auraient pu être à l'origine des séismes.

Comment avez-vous découvert le nouveau volcan de Mayotte ?

Toutes les observations accumulées depuis 2018 tendaient à démontrer que les séismes enregistrés au large de Mayotte étaient induits par un phénomène volcanique sous-marin. Les séismes étaient distribués en essaims, ce qui peut-être typique d’une activité volcanique. Nos collègues de l'ENS avaient déterminé que les déformations de surface enregistrées par les stations GNSS pouvaient être modélisées par le vidage d'un réservoir magmatique situé en profondeur sous la zone des essaims sismiques (plus d’informations, en anglais, sur le site de l’ENS). À l'automne 2018, avec les collègues de l'IPGP-CNRS (dont ceux de l’observatoire volcanologique du Piton de la Fournaise), du BRGM, de l’Ifremer, de l'IPGS-EOST et de plusieurs autres laboratoire du CNRS, nous avons monté et proposé un projet de grande envergure (nommé SISMAYOTTE) à l'interface terre mer dans le cadre de l'appel à projet de l'INSU-CNRS « TELLUS Mayotte ». Notre projet a été sélectionné et financé début 2019 et les actions ont aussitôt été lancées.

Nos collègues de l'IPGS-EOST et du BRGM ont installé trois sismomètres du parc INSU couplés à des GPS à Mayotte. Les collègues de l'IPGP et de l’observatoire volcanologique du Piton de la Fournaise ont installé une station sismologique et un GPS sur l’île de Grande Glorieuse en mars. Fin février, les collègues du parc OBS** de l'INSU ont déployé six OBS en mer au large de Mayotte, à l'est, sur une zone large entourant les essaims sismiques.

La campagne MAYOBS1 était le dernier volet du projet SISMAYOTTE. Elle s'est déroulée du 2 au 19 mai 2019 à bord du navire océanographique Marion Dufresne. Avec Stéphan Jorry, le co-chef IFREMER, nous avions plusieurs objectifs : récupérer les 6 OBS de l’INSU déployés en février et les données sismiques qu'ils avaient enregistrées puis les redéployer avec 8 autres OBS de l’IFREMER ; cartographier finement la zone où se produisaient les séismes à partir du sondeur multifaisceaux et du sondeur de sédiment du navire pour essayer de mettre en évidence des traces d'activité volcanique récente. Nous avions aussi prévu d'imager la colonne d'eau pour détecter des sorties éventuelles de fluides. Si des traces récentes d'activité volcanique étaient détectées, nous avions aussi envisagé de réaliser des dragages au fond pour récupérer des roches volcaniques.

À bord, nous avions mis en place un protocole pour analyser les signaux sismiques enregistrés par les OBS. Les équipes ont fonctionné en H24, organisées en quarts, et nous avons pu ainsi localiser précisément, en moins de 2 semaines, les près de 800 séismes les plus importants (de magnitudes comprises entre 3,5 et 4,9). Nous avons découvert que ces séismes étaient, pour la plupart, situés dans une zone assez proche de l'île (à 10 km des côtes est de l'île) mais étaient profonds (entre 20 et 50 km de profondeur).

Les données de bathymétrie et de réflectivité*** acquises lors d'un levé systématique nous ont permis de montrer l'existence d'une ride volcanique d'orientation N110°E au large de Petite-Terre, sur la pente insulaire. Cette ride est constituée de dizaines de reliefs volcaniques et présente de nombreuses coulées de lave. La morphologie de ces reliefs suggère une activité très récente à l'échelle des temps géologiques. Les séismes que nous avons localisés se sont produits le long de cette ride.

Nous avons donc concentré nos efforts dans cette zone. Un soir, l’équipe de quart a détecté des  panaches importants dans la colonne d’eau. Ces panaches qui sortaient des fonds océaniques à  environ 3000 m de fond à 50 km de l'île de Mayotte faisaient deux kilomètres de hauteur. C'était la première fois que nous détections des panaches aussi importants. Dans les zones hydrothermales, à l'aplomb des dorsales, des panaches ont aussi été détectés mais ils sont beaucoup plus petits et souvent difficiles à reconnaître. Mais là, ce que nous étions en train d'observer était tout simplement extraordinaire.

Nous avions la chance d'avoir à notre disposition les données anciennes acquises avec le navire Beautemps-Beaupré par le SHOM en 2014 dans cette zone. Nous avons tout de suite comparé les nouvelles données bathymétriques de la campagne MAYOBS1 à celles acquises en 2014. Nous avons alors découvert un nouveau relief de 5 km de diamètre et de plus 800 m de hauteur ce qui est inédit. Le panache sortait du sommet de ce relief. Nous étions donc en train d'assister à une éruption volcanique et à la naissance d'un volcan sur le territoire français !

Nous avons ensuite cartographié très précisément la zone du nouveau volcan avec des profils très rapprochés pour augmenter la résolution des cartes de bathymétrie et de réflectivité. Nous avons fait des prélèvements de fluides à différents niveaux de la colonne d’eau pour obtenir des informations sur la nature des fluides. Nous avons également réalisé un dragage sur le flanc nord-est du nouveau volcan. Nous avons pu échantillonner plusieurs centaines de kilogrammes de roches fraîchement mises en place. Quand ces roches ont été remontées à la surface sur la plage arrière du navire, elles ont éclaté, projetant des morceaux à plusieurs mètres de hauteur. Ces roches très particulières sont appelées des « Popping Rocks ». Elles sont pleines de gaz qui décompresse pendant la remontée faisant exploser la roche, et elles n’ont été que très rarement échantillonnées sur la planète.

Quelles sont les prochaines étapes du projet ?

À l’issue de la mission, les scientifiques des institutions impliquées ont travaillé pour restituer au plus vite les données. Et il y a encore beaucoup de données à traiter.

La deuxième mission MAYOBS2 (toujours CNRS/Ifremer/IPGP/BRGM, dans le cadre d’un projet interministériel) s’est déroulée en juin, les OBS ont donc été relevés et redéployés à nouveau. La cartographie des fonds a été affinée et a permis de montrer que l’activité volcanique était toujours en cours et qu’elle avait produit un nouveau relief, au sud du nouveau volcan découvert lors de MAYOBS1. La cartographie et l’étude de la zone de l’essaim de séismes, à 10 km à l’est de Mayotte, ont aussi été complétées. Les panaches de fluides identifiés lors de la campagne MAYOBS1 sont toujours présents au dessus de la zone de cet essaim sismique.

L’étude des échantillons prélevés lors de ces deux missions est aussi en cours et devrait permettre de mieux comprendre la formation de cette zone volcanique.

Nous repartons en juillet pour deux nouvelles missions (MAYOBS 3 et 4) pour continuer à collecter des données, surveiller la croissance des reliefs volcaniques, analyser et échantillonner les panaches de fluides dans la colonne d’eau, obtenir de l’imagerie et de la bathymétrie très haute résolution et mieux localiser les séismes.

Notes :

* Les données de bathymétrie sont des données de topographie du fond océanique

** Les OBS (Ocean Bottom Seismometers) sont des sismomètres fond de mer

** Les données de réflectivité donne une idée de la nature du sol. Par exemple, les sédiments sont très peu réflectifs alors que des roches volcaniques, comme des coulées de lave, sont très réflectives