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Les volcans

L'éruption vulcanienne en 2004 du Karymski, le plus actif des volcans de la péninsule du Kamtchatka en Russie. Document Alexander Belousov.

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 on le voit sur le dessin ci-dessous à gauche, 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.

Lié à la tectonique des plaques et la plupart du temps à la dérive des continents, 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

Coupe schématique d'un volcan (gauche) et origine des différents types de volcans.

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'Hawaii, de Java, du mont Fujii, 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.

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 Erebus plus le lac temporaire du Marum et les lacs du Masaya. 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.

A gauche, les volcans en sommeil de la Chaîne des Puys en Auvergne. A l'avant-plan le dôme érodé du puys du Grand Sarcouy (1147 m) suivi par le puys des Goules (1146 m), puis le puys de Pariou (1209 m) et l'imposant puys de Dôme (1465 m) à l'arrière-plan sur lesquel sont installés un centre météo et une antenne de télédiffusion. A droite, le volcan du Kilimandjaro en Tanzanie. Culminant à 5895 m, il est considéré comme éteint car sa dernière éruption remonte à 300000 ans mais il émet encore des fumerolles et présente des secousses sismiques. Documents anonyme et Danita-Delimont.

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 le dernier entra en éruption il y a 8600 ans. 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.

Les éruptions

On décompte aujourd'hui environ 450 volcans actifs dans le monde. 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. Ceci dit, le long des 4000 km de l'arc Indonésien, environ 132 volcans sont actifs de nos jours, certains menaçant les populations.

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. De nos jours, on observe entre 50 et 60 éruptions volcaniques chaque année.

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 : 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

A gauche, l'éruption de l'Etna en Sicile en novembre 2013 dont voici une vidéo sur YouTube. C'est un stratovolcan affichant des éruptions stromboliennes (explosives) en moyenne tous les 15 mois. C'est le volcan le plus haut d'Europe, culminant à 3340 m. Ce volcan est dangereux car il est à proximitié des villes de Catane et Taormina et menace plus de 3 millions de personnes. Il émet des laves fluides (volcan rouge), des cendres, des coulées pyroclastiques, des jets de vapeur et même des lahars. A droite, le lac de lave permanent du Nyiragongo en 2010. Il contiendrait 8 millions de mètres cubes de lave dont l'activité varie entre le calme plat et le bouillonnement. Documents Alamy et Sam Cossman.

Les éruptions volcaniques sont classées en deux types selon la nature de l'éruption :

- les éruptions effusives propres aux volcans hawaiiens et stromboliens produisent des coulées de lave et 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.

Ensuite, les éruptions volcaniques sont classées en 5 catégories en fonction principalement de la viscosité et de la composition de la lave :

- Hawaiienne : 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.

Ci-dessus à gauche, panache de fumée émis par le volcan Eyjafjallajoekull en Islande le 28 mai 2010. Les nuages de cendres émis par ce volcan ont cloué au sol tous les avions au départ et à destination de l'Europe pendant 5 jours, paralysant une partie de l'économie occidentale (cf.le blog). En effet, un avion qui volerait dans ces fumées verrait son pare-brise se transformer en verre dépoli en quelques minutes et ses moteurs s'obstruer entraînant son décrochage et une chute peut-être fatale. A droite, furmerolles sur le Stromboli, un volcan explosif situé dans les îles Éoliennes au nord de la Sicile. Connu depuis l'Antiquité, les avalanches de lave peuvent engendrer des tsunami. Bien qu'il produise des éruptions parfois violentes et très dangereuses, il reste une destination touristique très prisée. Ci-dessous à gauche, éruption du stratovolcan Tungurahua en Equateur. A droite, une des nombreuses éruptions de l'Etna en Sicile en juillet 2001 dont l'activité est documentée depuis plus de 2700 ans. Documents ESA, Jean du Boisberranger, Sebastián Crespo et Daisy Gilardini.

Si nous devions classer les volcans par dangerosité, ce n'est pas la lave qui fait peur car mis à part sur les flancs du volcan, généralement elle 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. On y reviendra.

Le réveil des volcans

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. Le 18 mai 1980, après un sommeil de plusieurs siècles, le volcan du mont St.Helens situé dans la chaîne des Cascades aux nord-ouest des Etats-Unis (près du Mt. Rainier) 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 et abattit des millions d'arbres. 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.

 

Le mont St.Helens vu depuis la Norway Pass et le lac Spirit. A gauche, tel qu'il était en 1970, à droite son aspect en 2009. Suite à l'explosion du volcan en 1980, le sommet fut pulvérisé et sous l'onde de choc, dans un rayon de plusieurs kilomètres toutes les collines furent rasées. Le lac fut entièrement couvert de troncs d'arbres abattus. 29 ans plus tard, la végétation a timidement repris du terrain. Documents anonyme et David Anderson.

 

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

A gauche, les arbres abattus après l'explosion du Mt St.Helens le 18 mai 1980 qui fit 57 victimes. A droite, l'aspect du St.Helens en 2011. Tout le sommet conique sur une altitude de près de 400 mètres fut pulvérisé et dans toute la région on retrouve des troncs d'arbres sur pied mais éclatés rappelant la violence de l'explosion. Documents P.Mouginis-Mark et Ewen-Donabel/Flickr.

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 Sicile. 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.

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.

Mais ils 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.

A voir : L'éruption du Saint Helens, 1980

Eruption de l'Etna en juillet 2001

Eruption du Calbuco au Chili le 22 avril 2015

A gauche, culture de thé près du mont Fuji au Japon. Ce volcan gris culminant à 3376 m est actif mais le risque d'éruption est faible. Sa dernière éruption remonte à 1708. A droite, l'éruption de l'Etna en Sicile le 17 juillet 2001. L'Etna est un stratovolcan culminant à 3330 m affichant des éruptions de type strombolien en moyenne tous les 15 mois. Il produit également des laves très fluides (volcan rouge) qui attirent les curieux. On cultive du vin dans la région, notamment plusieurs variétés d'Etna Rosso ainsi que du vin blanc et rosé. Depuis plus de 3000 ans, ce volcan est une manne providentielle pour les commerçants et les touristes. Document HD Wallpapers et Neovisioni.

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 la température descend sous environ 40°C (les mousses pouvant réduire cette température superficielle à moins de 20°C).

Ailleurs, les cendres facilitent le lavage des jeans ou sont incorporées 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.

Intéressons-nous justement à ces phénomènes connexes aux éruptions qui peuvent avoir des conséquences catastrophiques. C'est l'objet des prochains chapitres.

Prochain chapitre

Caractéristiques des laves

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