Le lithium, un outil intéressant mais encore mal contraint pour l’étude de la dynamique éruptive

Les éruptions volcaniques sont des phénomènes imprévisibles qui posent un défi à la gestion des crises. Le lithium retrouvé dans certaines roches magmatiques pourrait permettre de mieux comprendre les processus qui se jouent cependant pendant et après une éruption. Pourtant, l’interprétation des données reste encore difficile, du fait de la multitude de paramètres influençant la quantité de lithium dans le magma et dans les roches. Une problématique mise en lumière par une étude menée par des chercheuses de l’ISTeP et de l’ISTO.

Reconstruire la dynamique éruptive grâce au lithium

Le lithium est aujourd’hui un élément particulièrement prisé par l’industrie, notamment pour la confection de batteries, dont la production augmente drastiquement avec l’objectif affiché du « tout électrique ». Le lithium se concentre généralement dans des saumures, c’est-à-dire des fluides aqueux riches en sel dissous, dans lesquels le Li est particulièrement soluble. C’est également un élément présent dans certaines roches magmatiques dont celles dites felsiques (riche en SiO₂). Le Li est en effet un élément incompatible qui va préférentiellement rester dans la phase liquide lors de la cristallisation des magmas de composition allant de mafique à silicique. Il se retrouve donc dans la composition de roches issues des dernières étapes du processus de cristallisation fractionnée. Des minéraux comme le plagioclase, très présents dans ce type de magma felsique, sont intéressants pour reconstruire l’historique des processus magmatiques et notamment pour retracer l’évolution du magma durant les différentes phases d’une éruption volcanique. 

Dans la prévention du risque volcanique, déterminer l’explosivité d’un volcan est aujourd’hui un enjeu majeur. Or ce paramètre est fortement déterminé par la vitesse de la remontée du magma dans les conduits et par le dégazage, deux processus qui peuvent en théorie être étudiés à partir des variations des teneurs en Li et de ses isotopes emprisonnés dans les minéraux des roches volcaniques (plagioclases, pyroxènes, quartz…).

Schéma illustrant les différents processus volcaniques qui se joue de l’injection de magma dans le réservoir jusqu’à l’éruption et au refroidissement des roches. Ces processus peuvent être daté grâce à l’analyse du Li contenu dans le magma et les roches felsiques © Dupont de Dinechin et al. 2023

Des données encore difficiles à interpréter

Dans un article de review, publié dans la revue Frontiers in Earth Science, Maylis Dupont de Dinechin et ses collègues de l’ISTeP et de l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans se sont donc penchées sur le comportement du lithium et de ses isotopes (⁶Li et ⁷Li)dans les roches magmatiques ainsi que sur son utilisation pour la caractérisation de la dynamique éruptive des volcans.

Les résultats révèlent que si le lithium s’avère être un outil judicieux pour le suivi de la dynamique éruptive d’un volcan (geospeedomètre et traceur du dégazage), l’interprétation des données reste en pratique très compliqué. En effet, la quantité de Li dans les roches volcaniques va être impactée par une multitude de processus, dont les signaux se superposent. Les concentrations en lithium vont dépendre des mécanismes de mélange du magma, des processus de cristallisation, du dégazage, de la production de saumure, mais également de l’altération hydrothermale des roches… Les auteurs mettent en avant la nécessité de mieux comprendre l’influence de chaque processus sur la concentration en lithium ainsi que sur la composition isotopique. Les données concernant le partitionnement du lithium entre la phase solide et liquide ne sont en effet pas suffisantes, en particulier du point de vue expérimental, de même que celles sur l’évolution de la composition isotopique durant la décompression ou en cas de présence de saumure. Il apparait également que la signature en lithium d’une roche et des minéraux est modifiée par les processus post-éruptifs, comme le refroidissement lent. Une quantification claire de l’impact de chacun de ces processus semble donc être un préalable à toute interprétation de la quantité de lithium pour la caractérisation des éruptions volcaniques.

Brève rédigée par Morgane Gillard

Pour en savoir plus : Dupont de Dinechin Maylis, Balcone-Boissard Hélène, Martel Caroline, Rusiecka Monika, Lithium in felsic magmas: a volcanological perspective, Frontiers in Earth Science, 11, 2023, 10.3389/feart.2023.1149020