Comment détecter du magma enfoui à 5, 10 ou 15 km de profondeur, sans indices visibles en surface? Grâce à la tomographie du bruit ambiant, qui permet d'analyser avec une précision inédite les vibrations naturelles du sol. Une équipe de l’Université de Genève (UNIGE), de l’Institut des géosciences et des ressources de la Terre (CNR-IGG) et de l’Institut national de géophysique et de volcanologie (INGV), en Italie, a identifié sous la Toscane un vaste réservoir contenant environ 6 000 km³ de magma. Au-delà de la prouesse scientifique, cette avancée ouvre la voie à des méthodes d’exploration plus rapides et moins coûteuses pour localiser des ressources telles que les réservoirs géothermiques, le lithium ou les terres rares, dont la formation est étroitement liée aux systèmes magmatiques profonds. Ces travaux sont publiés dans la revue Communications Earth & Environment.

Le parc national de Yellowstone aux États-Unis, les lacs Toba en Indonésie et Taupo en Nouvelle-Zélande: ces célèbres sites volcaniques abritent souvent sous leurs reliefs d’immenses réservoirs de magma de plusieurs milliers de km³. Des indices visibles en surface – comme des dépôts éruptifs, des cratères, des déformations du sol ou des émissions de gaz – révèlent leur présence. Cependant, en l'absence de tels signes, d'importants volumes de magma peuvent rester cachés et passer inaperçus dans les profondeurs de la croûte terrestre.

C’était précisément le cas en Toscane, où des réservoirs contenant au total 6000 km³ de fluides volcaniques, entre 8 et 15 km de profondeur (croûte moyenne), viennent d’être mis au jour par une équipe de l’UNIGE, épaulée par des scientifiques de l’IGG-CNR et de l’INGV. Ce magma, qui pourra potentiellement donner naissance à un supervolcan dans plusieurs millions d’années, ne présente actuellement aucun risque. «Nous savions que cette zone, qui s’étend du nord au sud de la Toscane, était active en termes de géothermie mais nous ignorions qu’elle abritait un tel volume de magma, comparable à celui des systèmes de supervolcans comme Yellowstone», explique Matteo Lupi, professeur associé au Département des sciences de la Terre (Section des sciences de la Terre) de la Faculté des sciences de l’UNIGE, qui a dirigé ces travaux.

Une radiographie des profondeurs
Cette roche fondue a été mise en évidence grâce à la tomographie du bruit ambiant, une technique d’imagerie du sous-sol utilisée en sismologie. Elle permet de «radiographier» la structure interne de la croûte terrestre en exploitant les vibrations naturelles de l’environnement, issues notamment des vagues océaniques, du vent ou des activités humaines. En pénétrant le sol, ces signaux sont enregistrés par des capteurs sismiques à haute résolution déployés en surface — une soixantaine d’appareils dans le cadre de cette étude. Lorsque ces vibrations se propagent à faible vitesse, elles peuvent indiquer la présence de matériaux fondus tels que le magma.

L’analyse combinée des enregistrements a permis de reconstituer une image en trois dimensions de la structure interne de la zone couverte. «Ces résultats sont importants à la fois pour la recherche fondamentale et pour des applications concrètes, comme la localisation de réservoirs géothermiques ou de gisements riches en lithium et en terres rares, utilisées par exemple pour les batteries de véhicules électriques. Ces travaux, outre leur grand intérêt scientifique, montrent que la tomographie, en explorant le sous-sol rapidement et à moindre coût, peut être un outil utile à la transition énergétique», conclut Matteo Lupi.