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Les volcans
Origine et structure (I) Les volcans terrestres sont le résultat de l'émission en surface de produits magmatiques (magma, gaz, cendres) issus des profondeurs de la Terre et leur activité témoigne des forces qui règnent à l'intérieur de la Terre. C'est dans le manteau inférieur qui commence vers 3500 km du centre de la Terre et s'étend sur 2900 km que se forment les cellules de convection et les courants qui transportent l'énergie calorifique engendrée par le noyau de la Terre vers la surface. Le manteau supérieur est divisé en deux zones, une couche profonde où la température varie entre 3500 et 2000°C et une couche superficielle épaisse de 650 km où la température varie entre 2000 et 1100°C caractérise par une lave plus visqueuse qu'en profondeur. C'est au sommet de cette dernière couche que le magma se fraye un chemin à travers l'écorce jusqu'en surface. Notons qu'on parle de magma tant que la matière se trouve dans le manteau ou dans le volcan et de lave après son éjection du volcan. Comme illustré plus bas, un volcan se caractérise par un cône volcanique composé de couches de cendres et de lave solidifées qu'on appelle la croûte. Ce cône se forme sous la pression du magma qui s'accumule sous le volcan dans une chambre magmatique située à la jonction entre le manteau et la croûte terrestre formant la lithosphère. Il peut exister plusieurs chambres magmatiques : une première située dans le manteau inférieur et qui n'est pas nécessairement connectée aux chambres supérieures, et une chambre magmatique située dans le manteau supérieur, dans l'asthénosphère qui est ou non reliée aux cheminées formées dans la lithosphère. Sous la pression, le magma de l'une ou des chambres magmatiques se fraye un chemin à travers les fractures de l'asténosphère et de la lithosphère et remonte en surface jusqu'à la croûte océanique ou continentale. Il se forme alors une cheminée principale qui aboutit au sommet du volcan où se situe le cratère terminal dont le diamètre peut atteindre plusieurs kilomètres. A consulter : Volcano Discovery
L'activité volcanique étant liée à la tectonique des plaques et la plupart du temps soit à des phénomènes de subduction proches d'une zone de fractures soit à des points chauds (hot spots), comme l'illustre le schéma ci-dessous à droite, un volcan peut se former en différents endroits, ce qui permet de les classer en fonction de leur origine : - le volcan de point chaud se forme sur la croûte océanique. Il peut aussi se former au-dessus des zones de subduction des plaques tectoniques, c'est-à-dire à l'endroit où une plaque lithosphérique s'enfonce sous une autre adjacente. Du fait du déplacement des plaques tectoniques, ces volcans forment généralement des arcs insulaires. - le volcan bouclier se forme sur la croûte océanique par une poussée locale du magma. - le volcan sous-marin ou la ride médio-océanique se forme dans la zone d'accrétion sur la dorsale océanique y compris dans les fosses abyssales, à l'endroit de divergence des plaques océaniques, le magma du manteau remontant à travers la croûte océanique. - le volcan continental se forme également dans la zone d'accrétion mais au milieu des continents. A cet endroit, le magma du manteau s'infiltre dans les fractures de la croûte terrestre jusqu'en surface à travers la croûte continentale.
La plupart des volcans se développent donc aux limites des plaques tectoniques, le long de ce qu'on appelle la "Ceinture de feu" du Pacifique qui explique l'existence des volcans de l'archipel d'Hawaï, de Java, du mont Fuji, du Kamtchatka, du St.Helens et d'El Chinon parmi des centaines d'autres, ainsi que ceux existant le long de toutes les autres zones de subduction, notamment celle qui traverse la Méditerranée à hauteur de la Crête (par ex. Santorin) et remonte vers l'Italie (par ex. Etna, Stromboli, Vésuve) ou celle qui divise l'Atlantique du nord au sud et dont la dorsale rejoint l'Islande et ses fameuses sources hydrothermales. D'où provient le magma ? C'est une question complexe car les géophysiciens n'ont qu'un accès très limité aux entrailles de la Terre soit à travers les bouches volcaniques soit à travers l'analyse des carrottes remontées des profondeurs. Selon les chercheurs, le magma provient de la fusion partielle de roches situées généralement à moins de 100 km de profondeur. Toutefois, dans le cas des îles d'origine volcanique comme l'archipel d'Hawaï le matériau remonte d'abord à l'état solide et très chaud avant d'entrer en fusion partielle par un processus qu'on appelle un panache mantellique, une plume remontant du manteau. Mais vous verrons que cette théorie est controversée. Ensuite, ce magma remonte en surface. Sous l'effet de la pression, de la température et de la convection, les roches profondes deviennent ductiles (elles se déforment sans se rompre). Sous les dorsales océaniques, elles subissent une fusion partielle vers 20 ou 30 km de profondeur. Le magma perd ensuite sa chaleur en remontant vers la surface soit à travers un point chaud ou des déplacements des plaques tectoniques. Le magma remonte alors dans une chambre magmatique (un réservoir situé sous la surface) ou emprunte des dykes, des sills (des fissures) voire tout un réseau de fractures jusqu'à la bouche ou cratère du volcan où se déverse la lave. A
voir : La
formation des Bermudes Go To Bermuda (tourisme)
Dans un article publié dans la revue "Nature" en 2019, l'équipe de Sarah E. Mazza de l'Université de Münster en Allemagne publia les résultats de l'analyse d'un carottage réalisé en 1972 aux Bermudes, des îles apparues il y a environ 30 millions d'années. Les chercheurs ont découvert que les laves poussées en surface par le magma présentent des signatures géochimiques typiques de la zone de transition située entre 410 et 660 km de profondeur, là même où se trouve la ringwoodite riche en eau (cf. ce schéma). Mais cela signifie surtout que ces îles ne sont pas le résultat d'un point chaud ni d'une activité volcanique classique mais d'une remontée de magma de la zone de transition dans le manteau supérieur. C'est la première fois qu'on découvre du magma provenant de cette zone riche en éléments volatils. Nombre de volcans On décompte aujourd'hui environ 450 volcans actifs dans le monde dont une centaine font l'objet d'une étroite surveillance. Mais pour un volcanologue, le terme "aujourd'hui" ne représente pas l'instant présent mais une période de temps d'environ 10000 ans. Il existe donc toute une série de volcans en sommeil. Le long des 4000 km de l'arc Indonésien (cf. aussi le site Magma Indonesia) environ 132 volcans sont actifs, certains menaçant régulièrement les populations. Si on considère la taille du pays, c'est au Japon qu'on trouve le plus grand nombre de volcans actifs (112 volcans actifs sur 378000 km2) mais c'est en Indonésie qu'ils sont les plus nombreux (148 volcans sur 1.9 million de km2). Selon la NASA, au moins 1500 volcans pourraient se réveiller d'un jour à l'autre et menaceraient plus de 500 millions de personnes. 20% de ces volcans sont sous-marins. Mais ces volcans ne représentent que le sommet de l'iceberg car dans une nouvelle étude publiée dans la revue "Science" (cf. ce résumé) en 2023, des chercheurs ont découvert plus de 19000 nouveaux volcans sous-marins, autant de bulles de magma qui n'attendent qu'à exploser. Parmi ces volcans sous-marins, le plus grand fut découvert en 2010 au large de l'Indonésie; sa base mesure 3 km de longueur (cf. NGS). Il y a quelques années, on a également découvert 91 nouveaux volcans sous l'Antarctique (cf. Volcano Active), le continent blanc totalisant 138 volcans en 2017. On y reviendra. Les éruptions De nos jours, on observe entre 50 et 80 éruptions volcaniques chaque année. Chaque jour, une trentaine de volcans entrent en éruption. Certaines éruptions sont récurrentes sur un même volcan comme sur l'Etna ou le Vésuve, ou durent depuis des années et même des décennies (Vésuve en 1912-1944, 31 ans), Nyiragongo (1927-1977, 50 ans), Stromboli (1934-en cours, >90 ans), Yasur (1774-en cours, >250 ans). Comme nous l'avons évoqué, l'activité d'un volcan témoigne des forces qui règnent à l'intérieur de la Terre et en particulier dans le manteau. Les éruptions sont très variées et dépendent principalement du niveau de pression et de la composition du magma. L'activité volcanique peut aussi être déclenchée par une activité sismique dont l'épicentre se situe à plusieurs milliers de kilomètres de distance. Les conséquences d'une éruption peuvent se limiter à des dégâts matériels locaux ou avoir des conséquences catastrophiques à l'échelle régionale ou planétaire. On y reviendra. A
voir : LIVE:
La Palma Volcano Eruption,
afarTV, 2021 Lava Fountains from Bardarbunga Volcano, Photovolcanica, 2014
Les éruptions volcaniques sont classées en deux types selon la nature de l'éruption : - les éruptions effusives propres aux volcans hawaïens et stromboliens dits volcans "rouges", produisent des coulées et des fontaines de lave très fluide, les éruptions sont peu explosives. - les éruptions explosives ou vulcaniennes sont typiques des volcans "gris" dits péléens (par référence à la montagne Pelée et l'éruption de 1902) et pliniens (par référence à Pline le jeune qui fut témoin de l'éruption dramatique du Vésuve en l'an 79). Ils ne produisent pas de coulées mais des explosions destructrices avec énormément de cendres, des panaches de fumées et parfois des coulées pyroclastiques. Un volcan plinien peut émettre une colonne de cendres jusqu'à la statosphère (50 km d'altitude) et affecter le climat et la température globale de la Terre.
Les éruptions volcaniques sont également classées en plusieurs catégories ou types en fonction principalement de la viscosité et de la composition de la lave ou de leur nature : - Hawaïenne : fontaines et coulées de lave - Strombolienne : projections de bombes, de scories, de lapilli et coulées de lave - Péléenne : pluies de cendres et coulées pyroclastiques - Plinienne : panache et colonne de poussière volcanique, pluie de cendres - Vulcanienne : chute de ponces, de cendres et de blocs massifs. - Surtseyenne : tirant son nom de l'île de Surtsey, en Islande, ce type d'éruption typique des îles se caractérise par l'émission d'une lave au niveau de la mer ou à une faible élévation - Phréatomagmatique : Toute éruption deviendra beaucoup plus explosive si le magma interagit avec les eaux souterraines ou les eaux de surface peu profondes. - Phréatique : ou hydrovolcanique, il s'agit d'une éruption provoquée par l'explosion de la vapeur d'eau due à la surchauffe des eaux souterraines par une source magmatique. Ce type d'éruption se produit généralement suite à l'infiltration d'eau de pluie, de la fonte de la neige ou de la glace, un phénomène qui a tendance à s'accentuer en raison du réchauffement du climat. Une éruption phréatique peut également contenir des cendres volcaniques constituées de roches brisées et éventuellement des gaz, mais ne contient aucun matériau magmatique. L'éruption phréatique peut annoncer une éruption magmatique ou des coulées pyroclastiques. En fonction des caractéristiques du volcan et du magma, il n'est pas rare qu'un même volcan présente deux types d'activités d'une éruption à l'autre, par exemple le type Strombolien puis Vulcanien, Péléen puis Plinien, Phréatique puis Péléen, etc. A
voir : Volcano Driver,
Sam Cossman Drones Sacrificed for Spectacular Volcano Video, NGS, Sept.2014 Lac de lave bouillonnant du cratère Marum sur l'île d'Ambrym au Vanuatu Nyiragongo Crater : Journey to the Center of the World, Boston.com, 2010
Si nous devions classer les volcans par dangerosité, ce n'est pas la lave qui fait peur car mis à part les coulées sur les flancs du volcan ou les éruptions fissurales, généralement la lave progresse lentement et les habitants ont le temps d'évacuer les lieux à défaut de pouvoir bloquer sa progression (on peut juste parfois la dévier de son cours). Ce sont en fait les volcans explosifs et autres volcans gris (stromboliens, péléens et pliniens) qui font le plus de victimes en raison des pluies de cendres et notamment des lahars et parfois des coulées pyroclastiques qui les accompagnent. Ils peuvent aussi provoquer un glissement de terrain à l'origine d'un tsunami. On y reviendra. Lac de lave et lac d'acide Si le volcan est actif, le cratère peut contenir un lac de lave. Il n'en existe que quatre permanents sur la planète : Nyiragongo, Erta Alé, Kilauea et Érébus plus le lac temporaire du Marum et les lacs du Masaya. En août 2011, il y eut également un lac de lave dans le cratère de l'Anak Krakatoa. Si le dégazage d'acide sulfurique et/ou chlorhydrique est important, il peut aussi se former un lac d'acide. C'est notamment le cas à Ambae, Irazú, Inielika, Kelimutu, Poás, etc. où le pH de l'eau varie entre 0.3 et 0.4. Le record est détenu par le lac acide du Kawah Ijen à Java avec localement un pH voisin de 0.2; tout corps non protégé plongé dans l'eau en ressort... corrodé ou brûlé ! Un volcan actif peut présenter des fumerolles soit dans le cratère soit émanant de fractures dans ses flancs, des coulées de lave voire même parfois un cône adventif, c'est-à-dire un second petit volcan sur ses pentes alimenté par une cheminée issue de la principale. Après la phase éruptive et le dégazage quasi complet du volcan, l'activité volcanique s'assoupit et un bouchon de lave ou d'autres matières pyroclastiques solidifiées obstrue la bouche du cratère.
Si le volcan est endormi ou apparemment éteint, le cratère sommital peut également être noyé sous un lac ou tout le cône volcanique peut même être recouvert de sédiments ou de végétation donnant l'impression qu'il s'agit d'une simple colline ou d'une montagne comme c'est le cas de la Chaîne des Puys en Auvergne dans le Massif Central (F), constituée de 80 volcans dont les derniers entrèrent en éruption il y a 7600 ans (puys de la Vache et de Lassolas). On ne peut donc pas certifier qu'ils sont éteints. En revanche, la dernière éruption du puys de Dôme que l'on voit ci-dessus à gauche (à l'arrière-plan) remonte à 11000 ans tandis que celle du puys des Goules (le deuxième volcan avec le cratère vert clair à l'avant-plan) remonte à environ 30000 ans. Malgré toute notre science et notre technologie, s'il y a bien un sujet qui fait encore peur aux volcanologues c'est le réveil soudain d'un volcan. En effet, il est arrivé plus d'une fois qu'un volcan que l'on croyait éteint ou endormi depuis plusieurs siècles ou des millénaires se réveille brusquement. Ce genre de phénomène confronte les chercheurs à des mécanismes qu'ils ne comprennent pas encore, raison pour laquelle l'étude conjointe des séismes et des phénomènes connexes comme les aspérités et les trémors (ondes de basses fréquences) est très importante pour tenter de cerner tous les facteurs pouvant déclencher une éruption afin que le cas échéant, les autorités puissent évacuer les populations en danger.
L'un des évènements récents les plus célèbres de ce type est l'explosion du St.Helens situé dans la chaîne des Cascades aux nord-ouest des Etats-Unis (près du Mt. Rainier). Le 18 mai 1980, après un sommeil de plusieurs siècles, à 8h32m locale un tremblement de terre de magnitude 5.1 se produisit provenant du volcan. Le St.Helens explosa avec une énergie équivalent entre 27000 et 40000 fois celle de la bombe d'Hiroshima soit 600 MT de TNT (VEI 5). Son souffle fit exploser une partie du versant de la montagne, provoquant le plus grand éboulement de roche de l'histoire et abattit des millions d'arbres. Après une succession de petits éclats qui expulsèrent des cendres et de la pierre ponce ainsi qu'une coulée de lave, de la roche partiellement fondue mêlée de gaz et de vapeur à haute pression furent expulsés de la montagne. L'explosion de type plinienne recouvrit toute la région sous 1.2 km3 de matière volcanique dont 470 millions de tonnes de cendres et de débris. 57 personnes y laissèrent la vie. Les dégâts furent estimés à 1.1 milliard de dollars. A écouter : Earthquake Music, Z.Peng
Pendant près de 20 ans, toute la région ressembla à un immense jeu d'allumettes, jonchée de millions de troncs d'arbres abattus, grise, stérile baignant dans une poussière omniprésente. Il fallut patienter plus de 25 ans pour que le site retrouve une certaine vitalité et que la verdure reconquiert les pieds du volcan comme on le voit ci-dessus à droite. Aujourd'hui, le Mont St.Helens est toujours actif et le cône effondré reste sous pression comme on le constate sur cette vidéo prise par l'USGS montrant la transformation du dôme volcanique entre 2004 et 2008. Par endroit, la température du dôme atteint 66°C (2004) et même 102°C (2006) comme le montre cette vidéo. Cette température élevée ne signifie pas que le magma est à proximité de la surface car une roche en fusion peut mettre des millions d'années pour se refroidir. Ainsi, si une coulée de lave atteignant la surface se refroidit et devient solide en quelques mois, à quelques mètres de profondeur, la roche peut toujours être à plus de 100°C et le rester pendant plus d'un siècle. Par conséquent, sur la seule base de la température, il est impossible de déterminer la profondeur du magma. A voir : Images de l'éruption du St.Helens (.avi de 222 KB) The Eruption of Mount St. Helens, 35 Years Ago, The Atlantic Journal, 2015 Mt St.Helens: Lava Canyon and Ape Cave, 2012 32 Years at Mt. St. Helens, Peter J. Mouginis-Mark
En théorie, le même type d'explosion et même plus catastrophique pourrait se produire avec tous les volcans endormis ou n'ayant plus eu d'activité depuis plusieurs siècles comme le mont Fuji ou le Nyiragongo, mais également avec des volcans très surveillés comme le Vésuve situé dans la baie de Naples en Italie. Dans des zones peuplées de millions d'âmes on n'ose imaginer les conséquences d'une éventuelle explosion majeure. Obéissant à un mécanisme similaire mais de bien plus grande amplitude et étant potentiellement bien plus dangereux, nous décrirons séparément les supervolcans en prenant l'exemple emblématique de celui du parc de Yellowstone. Rappelons qu'il existe des volcans en Antarctique. C'est même la région de la planète qui possède le plus de volcans, mais ils sont cachés. Il y a évidemment l'Erébus sur l'île de Ross qui culmine à 3794 m d'altitude qui est le seul volcan actif sur le continent blanc. Un autre beau volcan est celui de l'île de Cockburn situé au sud de l'extrémité nord-est de la péninsule Antarctique. Il mesure 2.5 km de long et culmine à 450 m de hauteur mais il est éteint.
Selon une étude publiée en 2017 par Maximillian van Wyk de Vries de la Geographical Society de Londres et ses collègues, grâce à des géoradars, 91 nouveaux volcans furent localisés dans la partie septentrionale de l'Antarctique. Ils viennent s'ajouter aux 47 volcans déja connus. Les 138 formations culminent entre 100 et 3850 m d'altitude. Selon les chercheurs, bien que très probablement endormis, ces volcans ne resteront peut-être pas inactifs et leur réveil pourrait représenter un danger pour un plateau de glace Antarctique déjà en train de fondre. Les vertus des volcans Sous des aspects menaçants et même mortels, sous certaines conditions on peut considérer que les volcans ont des "vertus" économiques très intéressantes, raison pour laquelle tous les volcans actifs (au sens vulcanologique) situés près de lieux peuplés voient fleurir une population qui certains jugent "irresponsable". Car si un volcan peut effectivement faire couler les larmes et le sang il peut aussi faire couler l'or et fertiliser les sols.
D'abord les éruptions volcaniques n'ont jamais empêché les curieux et les touristes de s'approcher des volcans et à ce titre ils représentent une manne providentielle pour les commerçants et les agences de voyage (bien qu'il soit préférable de visiter un volcan en dehors des circuits touristiques). En 2013, l'Etna fut même inscrit sur la World Heritage List, au patrimoine mondial de l'humanité de l'UNESCO. Il est vrai qu'il fait partie d'un parc naturel et son activité est documentée depuis plus de 2700 ans et on peut tracer son activité géologique depuis 500000 ans. Avec ses éruptions périodiques dont le risque pour la population est tout relatif et des laves très fluides (volcan rouge), l'Etna attire les curieux et la région reste un lieu de farniente très apprécié. Mais les volcans sont tout aussi intéressants sur le plan agricole. En effet, à côté de la manne touristique et financière que peut apporter un volcan, ses cendres mêlées ou non à la terre s'altèrent par dégradation et forment des particules d'environ 2 microns qui constituent un engrais très enrichissant, c'est l'argilisation. Ces cendres sont riches en minéraux argileux et constituent une source de nourriture idéale pour les plantes. Ainsi, on cultive du vin dans la région de Naples, notamment plusieurs variétés d'Etna Rosso ainsi que des vins blanc et rosé. Mais toutes les cendres ne ne transforment pas en engrais naturel. Ainsi, sous les climats froids (Andes, Islande, etc) les cendres ne fertilisent pas les sols mais au contraire, les rendent stériles. De même, les coulées de lahars sur lesquelles nous reviendrons sont bien trop compactes et chaotiques pour former des substrats fertiles; le site se transforme plutôt en dalle de béton ! On constate la même stérilité avec les projections de magma basaltique. En revanche, si l'éruption se produit sous un climat chaud et humide (par ex. sous les Tropiques), la dégradation naturelle des roches et des poussières transforme rapidement les sols en terreau très fertile. Ainsi, avec une bonne irrigation des sols, les paysans peuvent réaliser 4 récoltes de riz par an alors que sans l'apport des volcans ils n'obtiennent que deux récoltes par an. Enfin, il y a le cas particulier des volcans océaniques qui représentent une véritable pouponnière. En effet, l'argilisation des sols est pratiquement aussi rapide que l'éruption en raison de la chaleur et de l'humidité dégagées. Il suffit que des graines soient transportées par des bois flottés ou des animaux pour que le sol voit la vie émerger dès que la température descend sous environ 40°C (les mousses pouvant réduire cette température superficielle à moins de 20°C). A
voir : L'éruption du
Saint Helens, 1980 Eruption de l'Etna en juillet 2001 Eruption du Calbuco au Chili le 22 avril 2015
Ailleurs, en raison de sa légèreté et son pouvoir abrasif, la pierre ponce permet de délaver les jeans ou est incorporée dans des pâtes dentifrices. Dans les stations hydrothermales les bains de boue ont des vertus curatives et l'eau chaude permet d'alimenter les habitations ou les piscines publiques gratuitement. Mais ces vertus ne peuvent être exploitées que dans les sites géothermiques stables et sous contrôle, comme par exemple en Islande. Ailleurs, lorsqu'il s'agit d'un volcan explosif ou émettant énormement de gaz, mieux vaut ne pas s'attarder près du volcan. Mais cela n'a jamais empêché les Japonais de vivre près du Mont Unzen ou les Indonésiens de profiter des vertus des nombreux volcans de leur pays. Intéressons-nous justement à ces phénomènes connexes aux éruptions qui peuvent avoir des conséquences catastrophiques. C'est l'objet des prochains chapitres. Prochain chapitre |
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