Dans cette page sur les volcans, vous trouverez les chapitres suivants :
| Qu'est-ce que la volcanologie ? |
La volcanologie est la science qui étudie et tente de comprendre l'activité des volcans afin d'en prévoir les éruptions. Les progrès récents de cette science ont permis de mieux comprendre l'origine des magmas, les facteurs déclenchant les éruptions, ainsi que la dynamique évolutive de celles-ci.
Les laboratoires qui surveillent certains volcans actifs de la planète sont désormais capables de décrypter les signes précurseurs des éruptions, mais les prévisions restent très aléatoires.
| Un peu d'histoire ? |
C'est aux anciens Grecs que l'on doit les premiers essais de rationalisation du phénomène volcanique. Pour Thalès, la Terre était un disque flottant sur un océan dont les tempêtes déclenchaient séismes et éruptions. Anaximandre invoquait la rencontre du froid et du chaud comme mécanisme déclencheur. Platon supposait l'existence d'un énorme fleuve souterrain, le Pyriphlégéton, alimentant en permanence les bouches éruptives. Quant à Aristote, séismes et éruptions n'étaient pour lui que les spasmes d'un organisme vivant nommé la Terre. Quelques philosophes sont allés vérifier sur le terrain la réalité de leurs interprétations, au péril de leur vie. C'est ainsi qu'Empédocle s'était fait construire un observatoire au sommet de l'Etna, dans le cratère duquel il finit par se jeter, désespéré par l'inefficacité de son travail. Pline l'Ancien décrivit minutieusement dans son "histoire naturelle" les éruptions qu'il observait. Il périt lors de celle du Vésuve de 79 après J-C, en se portant au secours des habitants de Pompéi et de Stabies.Il faut ensuite attendre la Renaissance pour que quelques progrès voient le jour. Deux grands courants de pensée s'affrontèrent alors. Abraham Werner pensait que la Terre avait été longtemps recouverte par un océan au sein duquel toutes les roches se seraient formées par précipitation, les roches volcaniques (d'origine récente) n'étant que la conséquence des feux de charbon. A l'opposé, James Hutton (1726-1797) affirmait qu'au centre de la Terre existait une zone en fusion, les éruptions n'en étant que la manifestation extérieure. C'est cette théorie qui fut peu à peu privilégiée au XIXème siècle, grâce à de nombreuses découvertes.
Robert Bunsen réalisa les premiers prélèvements de gaz volcaniques sur l'Hekla, en Islande, en 1846. Henri Sainte-Claire-Deville découvrit que la nature et le rapport des gaz varient au cours d'une éruption. Henry Sorby, s'inspirant des travaux de William Nicol, effectua les premières observations de lames minces au microscope polarisant. Enfin, Norman Bowen synthétisa, pour la première fois, des minéraux en laboratoire.
La volcanologie moderne a pour but de prévoir les éruptions. Elle se fonde sur l'observation permanente des volcans actifs. Le premier laboratoire fut créé par Ferdinand II de Bourbon en 1841 sur le Vésuve. Thomas Jaggar en implanta un sur le Kilauea en 1912. Il fallut attendre 1953 pour que celui de l'Etna fût édifié, à l'instigation d'Alfred Rittman et d'Haroun Tazieff. Il fut ensuite détruit lors d'une éruption.
| L'origine des magmas |
La synthèse des données fournies par différentes études a permis de caractériser la roche-mère des magmas, la pyrolite, pierre qui se compose principalement de pyroxène et d'olivine. C'est elle qui constitue le manteau. Il n'existe à l'intérieur du globe terrestre que deux zones présentant des roches en fusion : le noyau externe (mais, trop profond, il est séparé de la surface par des roches à l'état solide) et la LVZ (Low Velocity Zone), étroite bande de roches partiellement fondues qui sépare la lithosphère de l'asthénosphère. Le reste de la planète est à l'état solide, la pyrolite aussi. Pourquoi celle-ci subit-elle alors une fusion donnant naissance au magma qui s'épanche en surface ?L'état physique d'une roche est déterminé par les valeurs de trois paramètres :
Chaque type de volcanisme peut être associé à une cause locale de fusion du manteau. Dans les zones de subduction (voir tectonique des plaques), c'est la présence de fluides emprisonnés par les sédiments et entraînés en profondeur par la plaque plongeante. Dans les zones de distension, c'est la baisse de pression due à l'écartement des plaques. Enfin, pour le volcanisme intra plaque, dit de point chaud, c'est l'existence d'une température anormalement élevée sans que l'on en comprenne encore la cause. Le magma obtenu, appelé magma primaire, n'est jamais plus que le résultat d'une fusion partielle de la pyrolite.
- - la température, toute augmentation conduisant à la fusion,
- - la pression, toute baisse conduisant au même résultat,
- - la présence de fluides, eau le plus souvent, qui facilitent la fusion à des températures plus faibles ou à des pressions plus élevées.
Quelle est la composition de ces magmas primaires ? La pyrolite, roche hétérogène, est composée de différents minéraux n'ayant pas tous les mêmes propriétés. Certains, appelés magmatophiles, sont les premiers à fondre ; d'autres n'apparaissent dans la phase liquide que si la fusion de la roche mère est totale. Ainsi, plus le taux de fusion est grand, plus la composition du magma se rapproche de celle de la pyrolite. A l'hétérogénéité importante dans la composition du manteau s'ajoute la grande variété de conditions de fusion, provoquant une diversité importante dans les magmas dès leur formation.
| La différenciation des magmas |
Les magmas primaires tendent, lorsqu'ils sont produits, à remonter. Ils s'arrêtent sur leur passage dans une chambre magmatique, point de convergence d'un réseau de fractures le long desquelles s'est accomplie la progression. C'est dans cette chambre magmatique que s'effectue la différenciation secondaire du magma. Ce magma a progressé vers la surface et sa température a diminué. Certains minéraux ont alors commencé à cristalliser. les premiers à apparaître, plus denses que le magma, ont tendance à se déposer au fond de la chambre magmatique. Ainsi commence la différenciation qui peut durer très longtemps, chaque étape étant marquée par l'apparition d'un magma secondaire. Progressivement, une stratification magmatique se met en place dans la chambre. A terme, il peut arriver que l'ensemble du magma cristallise sur place. Mais, dans la plupart des cas, se déclenche une éruption.
| Le déclenchement des éruptions |
Quatre facteurs semblent jouer un rôle particulièrement important dans le déclenchement des éruptions :
- - le contrôle tectonique,
- - la différenciation magmatique et le mélange des magmas,
- - les éléments volatils,
- - la résistance à la traction.
- - Le contrôle tectonique
- Si, dans les zones de distension, il semble évident que le magma puisse remonter le long des failles, en revanche, dans les zones de compression, les brusques variations de déplacement des plaques induisent alternativement l'ouverture, puis la fermeture de fractures par lesquelles s'insinue le magma.
- - La différenciation magmatique et le mélange des magmas
- La stratification de la chambre conduit à la séparation de différents magmas. Le mélange de ceux-ci et/ou l'irruption d'un nouveau liquide dans la chambre engendre un déséquilibre chimique et thermodynamique, initialement de très courte durée, de l'ordre de la semaine.
La difficulté de prévision des éruptions volcaniques résulte de l'action conjuguée de plusieurs de ces facteurs.
- - Les éléments volatiles
- Ils créent de fortes surpressions, lors de la transformation liquide/vapeur. L'eau, principal élément volatil, peut avoir trois origines : juvénile, elle provient du manteau ou de la plaque plongeante et est alors injectée dès la formation du magma ; météorique, elle s'infiltre au sein de l'édifice volcanique, pouvant atteindre le magma à grande profondeur ; superficielle, elle donne à l'éruption un caractère souterrain.
- - La résistance à la traction
- C'est la force opposée par l'édifice volcanique à la poussée exercée par le magma lors de sa remontée dans ce dernier.
| Les différents mécanismes éruptifs |
Les produits émis par les volcans permettent de distinguer deux grands types de dynamismes éruptifs. Le premier est caractérisé par l'émission de lave, tandis que dans le second, le magma se fragmente en trois phases à la suite d'une explosion : liquide, solide et gazeuse. Selon la forme d'éjection de ces éléments, on parle d'éruptions de type retombée ou de type nuée ardente.Ces différents types de mécanismes éruptifs peuvent se succéder au cours de l'histoire d'un volcan, les retombées donnant naissance au cône alors qu'un écoulement pyroclastique peut se dérouler lors d'un épisode éruptif postérieur.
- Les éruptions de lave
- Le magma liquide déborde du cratère et s'épanche sous l'effet de la gravité en empruntant les vallées qui entaillent les flancs du cône. La vitesse d'écoulement de la lave peut atteindre jusqu'à 75 km/h. Tout dépend de la fluidité de la lave, de sa composition, de sa température ainsi que de la pente du volcan. Si la lave est particulièrement visqueuse, elle peut former un dôme ou une aiguille pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres de hauteur. Dans certains cas, un lac de lave permanent peut se maintenir à l'intérieur du cratère, soit qu'il continue à être alimenté par la cheminée, soit qu'il résulte de l'accumulation de coulées très fluides n'ayant pas réussi à gagner les flancs externes du cratère
- Les retombées
- Certaines éruptions explosives fragmentent le magma et propulsent les ejecta, c'est-à-dire tout ce qui est rejeté par un volcan et qui n'est pas de la lave, plus ou moins verticalement hors du cratère. Ces ejecta sont classés suivant leur taille et, dans un ordre croissant, en cendres, lapilli, blocs et bombes. La majorité de ceux-ci retombent alors en épousant une trajectoire parabolique. Les particules les plus fines peuvent atteindre une altitude suffisante pour être entraînées par les courants aériens sur des distances considérables. Chaque éruption est caractérisée par une catégorie particulière d'ejecta. Ce sont ces produits qui, par leur accumulation, forment progressivement les cônes volcaniques.
- Les écoulements pyroclastiques
- Ils correspondent à l'émission brutale et dirigée d'une émulsion intime de liquide et de gaz magmatique dans laquelle le gaz constitue la phase continue, transportant des éléments solides en suspension. La nuée ardente est l'une des manifestations les plus courantes de ce type d'éruption ; c'est aussi la plus meurtrière !
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| La prévision des éruptions |
Sept risques volcanologiques majeurs ont été définis :
- - les coulées de lave,
- - les retombées,
- - les écoulements pyroclastiques,
- - les gaz,
Risques primaires directement liés à l'activité des volcans.
- - les lahars (ou torrents de boue),
- - les glissements de terrain,
- - les raz de marée.
Risques secondaires. Seule une parfaite connaissance de l'activité de base d'un volcan autorise l'interprétation d'une variation quelconque comme étant les prémices d'une éruption.
Les principaux paramètres mesurés de façon continue sont les suivants :
L'activité sismique. Les trémors, ébranlements sismiques très proches dans le temps et de faible intensité, trahissent la remontée du magma dans la cheminée.
La déformation des sols. Cette même remontée de magma provoque une augmentation du volume de l'édifice volcanique, certes très faible, mais quand même mesurable.
Les variations magnétiques et gravimétriques. La présence de magma à faible profondeur induit des variations de contraintes des roches, qui modifient leur magnétisme naturel ainsi que leur résistivité.
La température et le chimisme des fluides. Toute modification de l'activité du volcan modifie les caractéristiques physico-chimiques des gaz émis par le volcan ou bien des eaux percolant à travers ce dernier.
L'ensemble des données recueillies peut être traité sur place si l'infrastructure existe, ou bien être envoyé par satellite à des centres de recherche éloignés, dans le cadre d'un vaste réseau de surveillance.
| Les grandes éruptions de l'histoire |
Le Vésuve recouvre Pompéi d'une couche de cendres et de scories, et Herculanum d'une coulée de boue faisant plusieurs milliers de victimes. L'éruption fissurale du Laki, en Islande, provoque la mort de plus de 10000 personnes par les torrents de lave, mais aussi par ses projections de cendres qui recouvrirent la région et tuèrent le bétail. L'Unzendabe, au Japon, ensevelit 10000 personnes sous des torrents de boue. L'éruption du Tambora, en Indonésie, historiquement la plus puissante du siècle, fait 92000 victimes. L'éruption du volcan de l'île indonésienne de Krakatau provoque la mort de 36000 personnes par le raz de marée qu'elle engendre. La ville de Saint Pierre, à La Martinique, est anéantie avec ses 28000 habitants par une nuée ardente issue de la montagne Pelée. L'explosion du Nevado del Ruiz, en Colombie, entraîne la fonte du glacier sommital, engendrant des torrents de boue qui font plus de 20000 victimes dans la ville d'Armero. Le Vatnajökull, en Islande, sans faire de victimes connues, isole toute une partie de l'île.
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| Les éruptions récentes |
L'image qui suit est utilisée avec l'aimable permission du site américain : Volcano World. En cliquant sur les triangles rouges, vous pourrez découvrir, en langue anglaise, un texte sur l'éruption récente et une photo.
