D’où viennent les émissions de CO2 géologique ?

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Une équipe internationale, dont des chercheurs de l’IPGP, a développé une technique utilisant le gaz radon afin de suivre les émissions de CO2 observées à la surface, dont l’origine et la mobilité restent mal connues. Étudier ce CO2 se révèle essentiel afin de mieux prédire et évaluer les risques sismiques et volcaniques associés à ces émissions.

Site de Syabru-Bensi dans l’Himalaya du Népal, avec un système hydrothermal marqué par du CO2 d’origine métamorphique

De fortes émissions de CO2 d’origine géologique sont généralement associées à des volcans actifs et des systèmes géothermaux sur l’ensemble de la planète. Cependant, bien que fondamental pour la surveillance de long terme, la prédiction de l’activité future et l’évaluation des risques pour la population, il demeure toujours difficile de déterminer la profondeur des sources de CO2 dans la croûte terrestre supérieure.

Une équipe internationale, composée de chercheurs de l’IPGP, du CRPG (Univ. de Lorraine /CNRS), d’ISTerre (Univ. Grenoble Alpes/Univ. Savoie Mont Blanc/CNRS/IRD), de l’Institut de Recherches Volcanologiques des Açores (IVAR/Univ. des Açores, Portugal) et du Département des Mines et de Géologie du Népal (DMG), a développé une nouvelle approche pour déterminer la profondeur de dégazage du CO2 en utilisant un gaz radioactif, le radon.

Champ fumerolien du volcan Furnas (Açores, Portugal). (a) Vue d’ensemble du site près du lac Furnas. (b) Mesure des flux de CO2 au second plan (F. Viveiros) et des flux de radon au premier plan.

En effet, le radon, naturellement contenu dans la roche, est transporté par le CO2 gazeux vers la surface. Or le radon étant radioactif, et sa demi-vie très courte (de l’ordre de 4 jours), il apporte une contrainte temporelle pour mieux estimer les temps de transport du CO2 dans la croûte terrestre, et ainsi déterminer la profondeur de dégazage de ce dernier.

La méthode est appliquée avec succès sur deux sites en contexte actif : le champ fumerolien du volcan Furnas aux Açores, marqué par du CO2 d’origine magmatique et mantellique, et le système hydrothermal de Syabru-Bensi dans l’Himalaya du Népal, marqué par du CO2 d’origine métamorphique.

Site hydrothermal de Syabru-Bensi (Népal central). (a) Vue d’ensemble du site dans la haute vallée de la Trisuli. Mesure des flux de CO2 (b) et de radon (c).
Corrélation des flux de CO2 et de radon à Syabru-Bensi (en bleu) et à Furnas (en rouge). Les losanges montrent les données. Les courbes montrent les résultats du modèle.

La corrélation frappante entre les flux de CO2 et de radon mesurés à la surface du sol sur ces deux sites pourtant très différents est bien reproduite par un modèle couplé de transport de radon et de CO2. Les profondeurs de dégazage obtenues sont compatibles avec les structures connues en profondeur sur ces sites.

Cette étude permet de mieux comprendre les mécanismes de dégazage, et de manière général le transport du CO2, dans les zones tectoniques et volcaniques actives de la planète. Étudier ce CO2 se révèle particulièrement essentiel afin de prédire l’activité future de ces zones tectoniques et volcaniques, et ainsi mieux évaluer les risques géologiques pour la population.

De plus, ces résultats ouvrent également la voie à l’étude des émissions de radon elle-même. En effet, les forts flux de radon mesurés à Furnas en période de quiescence suggèrent une émission de radon significative des volcans à l’échelle globale, pouvant modifier l’ionisation de l’atmosphère et le climat.

Publication :

Girault, F., Viveiros, F., Silva, C. et al. Radon signature of CO2 flux constrains the depth of degassing: Furnas volcano (Azores, Portugal) versus Syabru-Bensi (Nepal Himalayas). Sci Rep 12, 10837 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-14653-5

Le Labex UnivEarthS a contributé à ces recherches à travers le financement du projet Frontière “MYSTHIC” (F4).