Géologie 15

 

 

 

9. VOLCANISME

 

 

 

 

9.1 Introduction

PETIT HISTORIQUE

Vésuve

C'est avec l'éruption du Vésuve en 1661, qui était assoupi depuis plus de 500 ans, et l’éruption de l’Etna , en 1669, qui détruisit une partie de la ville de Catane, qu'apparaît un regain d’observations dont certaines sont publiées dans les livres.

Les interprétations sur l’origine des volcans s’inspirent toujours de la théorie d’Aristote sur le rôle des vents qui s’engouffrent dans les cavités. Cependant, Descartes, en 1664, propose que la Terre est un ancien Soleil en train de se refroidir lentement en diffusant sa chaleur. Ainsi le jésuite, Athanasius Kircher, dans son livre, Mundus Subterranus, édité en 1665, où les dessins interprétatifs sont nombreux, montre une Terre avec un feu central, communiquant avec des réservoirs intermédiaires, qui alimentent en surface les volcans. Sur une carte Kircher a positionné la dizaine de volcans connus.

Le moteur des éruptions n’est pas encore résolu, puisque pour Buffon, en 1749, c’est un feu causé par la combustion de charbon ou bien de pétrole et par le fermentation des pyrites.

Heureusement, au XVIIIe s. certains naturalistes sont plus curieux, comme cet ambassadeur anglais William Hamilton, qui publie, en 1776, “Campi Phlaegraei, Observations on the Volcanos of the Two Sicilies”, où sont rassemblés les notes et les croquis qu’il a réalisé sur le “terrain” de 1764 à 1798.

Quelques années plus tard, en 1795, un autre ouvrage, celui de Spallanzani relate ses observations sur les volcans siciliens (Stromboli,Vulcano,Etna) et ses essais de fusion de morceaux de basalte pour connaître l’origine de la lave.

Les Plutonistes et les Neptunistes

Une vive polémique apparaît au XIXe s. chez les premiers géologues, elle oppose les Neptunistes (ils attribuent l’origine des volcans à l’action de l’eau sur des pyrites, ces dernières enflammeraient les couches de charbon qui vont fondre les roches encaissantes) aux Plutonistes (cette école considère qu’il existe à une cinquantaine de km de profondeur une masse fluide en fusion, qui arrive parfois en surface). De cette polémique naît une autre querelle, qui va durer une cinquantaine d’années, entre les géologues pour qui les cratères sont dus à un soulèvement du sol et ceux qui pensent plutôt que le volcan se construit par accumulation successive des produits issus des explosions. La sortie en 1831 de l'île de Julia en Méditerranée, fut une révélation et changea les idée sur ce thème. Ainsi, Constant Prévost, le géologue français qui aborda cette île peut vérifier qu'elle est bien née de l'accumulation de cendres autour de la bouche éruptive.

Piton de la Fournaise

Les voyageurs deviennent plus nombreux et le Vésuve est le volcan le plus étudié, certains voyageurs sillonnent les mers. En 1804, un français Bory de Saint-Vincent publie un livre “Voyages sur les mers d’Afrique” avec la première carte volcanologique du Piton de la Fournaise.

Alexandre Humboldt est le grand voyageur qui marquera le XIXe s. Partit en 1799 il reviendra en Europe en 1804, après avoir remonté l’Orénoque, parcouru le Mexique, gravit le volcan Guagua Pichincha et le Chimborazo, considéré à l’époque comme la plus haute montagne (6 310 m) en Equateur. Toute sa vie il exploitera les données recueillies lors de cette expédition. Humboldt recense, en 1846, dans son ouvrage Cosmos, 407 volcans. L'île de Santorin avec ses nombreuses éruptions au XIXe siècle est l'objet de nombreuses études de la part de géologues comme Johan Friedrich Julius Schmidt, Kaarl von Seebach, Fernand Fouqué. Du fait que le Vésuve est toujours si actif est dangereux, un observatoire volcanologique est créé en 1841, où sont mis au point les premiers sismomètres.

Le Krakatau

Deux grandes éruptions vont marquées la fin du XIXe s. et préparer l’ère de la volcanologie moderne.

C’est tout d’abord en 1883, l’éruption du Krakatau en Indonésie. Ce cataclysme, qui ravagea les côtes de Java et de Sumatra, causant la mort de plus de 30 000 personnes suite au raz de marée provoqué par l’éruption, sera ressenti jusqu’en Europe. Cette éruption par son ampleur est le sujet de nombreuses études hollandaises, anglaises et françaises. Des monographies réalisées uniquement sur cette éruption sont publiées. Les études s’intéressent à analyser l’éruption, comme l’ouvrage de Roger Verbeek, mais aussi aux phénomènes liés à cette éruption comme l’onde de choc, les effets climatiques,... que l’on trouve dans l’ouvrage pluridisciplinaire mené par l’Anglais John Judd. A la suite de cette éruption les savants de l'époque redécouvrent et étudient l'éruption du Tambora en 1815, qui eut des influences sur le climat de l'hémisphère Nord.

La Montagne Pelée

L’autre grande éruption, sera celle de la Montagne Pelée, en Martinique, qui se produit le 8 mai 1902

Une nuée ardente dévale du volcan et détruit en quelques secondes la ville de Saint-Pierre, il y a près de 30 000 victimes et deux survivants (Ciparis et Léon Compère). C’est un choc en métropole, en pleine essor économique. Cette éruption sera d’ailleurs médiatisé avec la publication de photographies de la catastrophe dans les journaux. Alfred Lacroix est dépêché par l’Académie des Sciences pour analyser le pourquoi de cette catastrophe. Deux ans plus tard Lacroix publie un livre monumental, encore de référence, et contribue à la création d’un premier observatoire volcanologique en Martinique.

LE RISQUE VOLCANIQUE 

Introduction

Chaque année, de nombreux volcans dans le Monde connaissent une éruption. Les plus grandes d’entre-elles, lorsqu’elles surviennent dans les zones habitées, mettent en danger la vie des populations et causent d’importants dommages aux infrastructures et aux cultures.

Cependant comparées à d’autres catastrophes naturelles, telles les séismes, les inondations ou encore les grandes sécheresses, le potentiel destructif global des éruptions volcaniques est généralement moindre. En outre, la plupart des éruptions, par leur nature, ne présente pas de danger particulier pour les êtres vivants aux abords des volcans.

Les différents risques volcaniques :

1) Les coulées de lave – Ce type de phénomène, bien que spectaculaire, est l’un moins dangereux pour les vies humaines que pour les bâtiments, les infrastructures, les voies de communication, etc… Du fait que le chemin d’épanchement probable peut être plus ou moins prédit, des mesures de diversion de coulées peuvent être envisagées. Cependant de telles mesures ne sont pas obligatoirement un gage de succès. Les laves les plus visqueuses avancent souvent lentement et sur de courtes distances et ont tendance à s’empiler au-dessus de la bouche éruptive pour former un dôme de lave. De tels dômes peuvent s’effondrer de manière répétitive et générer de dangereuses avalanches de blocs chauds, des coulées cendreuses, et des blasts.

 

2) Les gaz – La libération des gaz peut s’effectuer pendant une éruption mais également en période non-éruptive. Certains des gaz émis par les volcans peuvent être mortels en cas de fortes concentrations. Le temps de réaction disponible pour déclencher une alerte rapide est très court, et des études intensives de ce type de phénomène avec en addition des instruments de surveillance permanente des zones à risque s’avèrent absolument nécessaire pour tenter de limiter les risques.

 

3) Les chutes de cendres – Les cendres qui retombent au cours d’une éruption ne mettent pas directement et immédiatement en danger les vies humaines, bien que l’effondrement de toitures sous le poids de ces produits volcaniques puisse survenir. Cependant, de considérables dommages peuvent être causés à l’agriculture locale et aux industries, même à des distances de plusieurs dizaines de kilomètres du volcan.

 

4) Les coulées pyroclastiques – Ce type de coulées et les surges de faible densité qui leur sont souvent associés représentent le danger volcanique majeur pour les populations vivants à proximité. Du fait que ces coulées pyroclastiques, qui peuvent atteindre parfois des températures de près de 800°C , s’épanchent à des vitesse de plusieurs centaines de km/h, les systèmes d’alerte rapide efficaces pour ce type de phénomène s’avèrent pratiquement impossible. Des situations encore plus dangereuses peuvent se développer si ces coulées pyroclastiques surviennent sur des volcans enneigés ou couvert de glaciers, en causant la fonte brutale de ces matériaux.

 

5) Les lahars (coulées de débris et boue volcanique) – Ce type de phénomène est également un danger majeur pour les habitants, les terrains agricoles et les zones urbanisées. Les lahars peuvent s’écouler rapidement et leur pouvoir de destruction est considérable. Ils peuvent survenir comme une conséquence directe d’une éruption volcanique, en présence par exemple d’un lac de cratère, ou comme un événement secondaire résultant d’une forte pluie pendant ou après l’éruption. Les habitants des zones les plus éloignées peuvent néanmoins être avertis plusieurs heures en avance. La présence d’appareils de surveillance et d’alerte sur les volcans à risque n’est cependant pas une garantie totale de sécurité au regard de ce type d’événement.

 

6) Les avalanches de débris – L’effondrement de larges parties d’un édifice volcanique peut occasionner des avalanches de débris d’un volume très important. Ces avalanches sont très mobiles et peuvent non seulement ensevelir des surfaces de terrain considérables, mais également être à l’origine de raz de marée (tsunami) dévastateurs si elles se déversent dans un lac ou dans l’océan.

 

On considère en général que plus un volcan a été longtemps inactif, plus sa prochaine éruption peut être explosive et le volume de matériaux important. Les longues périodes de sommeil sont assez caractéristiques pour beaucoup de volcans. Il est donc souvent difficile de dire quand un volcan est vraiment « éteint » car certains d’entre eux ne redeviennent actifs qu’après des centaines voire des milliers d’années. Les volcans considérés à haut-risque sont principalement ceux qui entrent en éruption une ou plusieurs fois par décennie, qui sont encore peu connus ou pas assez surveillés, et qui sont entourés par une densité de population importante.

Les dommages et les risques pour la vie des hommes, les structures sociales, les infrastructures et les propriétés peuvent être induits non seulement par les effets directs des éruptions mais aussi par des phénomènes secondaires comme les tsunamis, mais également les composants des cendres volcaniques (soufre, fluorine...), les panaches et aérosols issus des volcans et qui sont susceptibles de causer des problèmes pour l’aviation comme l’a démontré la récente éruption de l’Eyjafjallajokull en Islande en 2010. Si les aérosols émis lors de larges éruptions volcaniques s’élèvent à haute altitude il peuvent tourner autour de la Terre pendant plusieurs années. Ces émissions de volumineuses quantités de dioxyde de soufre et d’halogènes dans la stratosphère peuvent mener à une baisse de température à la surface de la Terre.

L’arsenal des méthodes permettant d’étudier et d’ausculter un volcan est de plus en plus développé et de nos jours la volcanologie dispose d’outils technologiques qui peuvent, associés à l’établissement de cartes de risques et à la prévention par l'éducation et la sensibilisation des populations, être en mesure de réduire les conséquences de la plupart de ces phénomènes volcaniques.

HENRY GAUDRU - 2011

 

 

9.2 Géologie du volcanisme 

 

Comme les séismes, les volcans ne se répartissent pas de façon aléatoire à la surface de la planète. Plusieurs se situent aux frontières de plaques (volcanisme de dorsale et de zone de subduction), mais aussi à l'intérieur des plaques (volcanisme intraplaque, comme par exemple le volcanisme de point chaud).

 

 

 

 

Le volcanisme de dorsale. - Nous savons, pour l'avoir observé directement grâce à l'exploration sous-marine par submersibles, qu'il y a des volcans sous-marins tout le long des dorsales, particulièrement dans le rift central, là où il se forme de la nouvelle lithosphère océanique. La composition de la lave de ces volcans indique qu'on est tout près de la zone où se fait la fusion partielle du manteau (voir la section 2.2.2 au sujet de la composition des laves et de la fusion partielle). S'il n'y avait pas de tensions dans cette zone de dorsale, il n'y aurait pas de fractures qui permettent justement au magma produit par la fusion partielle de s'insinuer dans la lithosphère et de former des volcans. Ce volcanisme nous est connu par l'exploration des fonds océaniques, mais aussi par un cas particulier, celui de l'Islande, carrément assise sur la dorsale de l'Atlantique-Nord et qui est formée uniquement de volcans. Dans ce cas, le volcanisme de la dorsale a réussi à s'élever au-dessus du niveau marin pour former une île volcanique qui constitue un laboratoire naturel pour l'étude du volcanisme de frontières divergentes. Certaines hypothèses récentes proposent, qu'en plus, il y aurait un point chaud sous l'Islande, donc aussi du volcanisme de point chaud (voir plus bas).

Le volcanisme de zone de subduction. - Le volcanisme relié à l'enfoncement d'une plaque sous l'autre va former des chaînons de volcans. La fameuse Ceinture de feu autour du Pacifique est l'expression de ce volcanisme de convergence, mais selon qu'il s'agisse d'une collision entre deux plaques océaniques, ou entre une plaque océanique et une plaque continentale, la nature du volcanisme diffère. Dans le cas où il y a convergence entre deux plaques océaniques, il y aura formation d'un chaînon de volcans qui s'élèvent au-dessus de la surface des océans pour constituer un arc insulaire. Par exemple, toute la portion de la Ceinture de feu qui se situe dans le Pacifique-Ouest et le Pacifique-Nord est associée à ce type de collision. Dans le cas de la convergence entre une plaque océanique et une plaque continentale, les volcans se trouvent sur la marge de la plaque continentale et forment un arc continental. Un bon exemple de cette dernière situation est la Chaîne des Cascades (Cascades Range), dans l'ouest du continent nord américain.

 

 

 

Ce diagramme montre les relations entre les trois plaques lithosphériques du Pacifique, de Juan de Fuca et Nord-américaine. Au niveau de la zone de subduction, la plaque de Juan de Fuca plonge sous la plaque nord-américaine, donnant ainsi naissance aux volcans de la Chaîne des Cascades. Cette chaîne volcanique fait partie de la partie orientale de la Ceinture de feu du Pacifique. Elle s'étend du Mont Garibaldi au nord de Vancouver jusqu'à Lassen Peak dans le nord de la Californie. C'est dans cette chaîne volcanique que se trouvent, entre autre, le volcan actif du Mont St. Helens, le Mont Rainier qui forme le plus haut sommet de la chaîne, ainsi que le magnifique Crater Lake, un lac qui occupe le cratère du volcan Mazama qui a été littéralement vidé lors d'une éruption extraordinaire il y a seulement 7700 ans.

Il est à noter que la composition des laves des volcans des deux types de convergence est caractéristique de chacun des environnements .

Le volcanisme de point chaud. - Le volcanisme de point chaud est un volcanisme intraplaque, qu'on retrouve principalement, mais pas exclusivement, sur les plaques océaniques. Les chaînons volcaniques de points chauds viennent appuyer la théorie de l'étalement des planchers océaniques. Pour des raisons que l'on comprend encore mal, il se fait en certains points du manteau, une concentration locale de chaleur qui amène une fusion partielle du matériel. C'est ce qu'on appelle un point chaud.

 

 

 

Le matériel fondu au niveau du point chaud est moins dense que le matériel ambiant; de ce fait il remonte vers la surface et vient percer la lithosphère pour former un volcan. Ces volcans de point chaud sont très abondants à l'intérieur des plaques lithosphériques, surtout sur les plaques océaniques. Les fonds océaniques du Pacifique en constituent un bon exemple où on a une multitude de ces volcans, dont la plupart sont sous-marins (guyots), mais dont un bon nombre percent la surface des océans pour former des archipels comme les Carolines, les Marshall ou les îles Hawaii. Les points chauds sont stationnaires et peuvent fonctionner pendant plusieurs millions d'années, jusqu'à 100 Ma même.

Les deux schémas qui suivent illustrent la formation d'un chaînon de volcans de points chaud.

 

 Si une plaque lithosphérique se déplace au-dessus d'un point chaud qui fonctionne sporadiquement, il se construit un chaînon de volcans. Les volcans les plus vieux se situent à l'extrémité du chaînon qui est la plus éloignée du point chaud, alors que les plus jeunes se situent à proximité du point chaud. On retrouve plusieurs de ces chaînons de volcans de point chaud sur les plaques océaniques, comme par exemple, le chaînon qui va des îles Hawaii jusqu'aux fosses Aléoutiennes-Kouriles (Chaînon Hawaï-Empereur) dans le Pacifique-Nord.

Ce chapelet de volcans est un bon exemple de la marque laissée sur le plancher océanique par le déplacement d'une plaque au-dessus d'un point chaud. Il a été établi que les volcans d'Hawaii, à l'extrémité sud du chaînon, sont tout à fait récents; ils sont plus jeunes que 1 Ma. L'âge des volcans le long du chaînon est de plus en plus vieux à mesure qu'on s'éloigne d'Hawaii. Le plancher océanique au niveau de la fosse de subduction des Aléoutiennes date de 80 Ma. C'est dire qu'il a fallu 80 Ma pour former le chaînon en entier. Ce dernier s'est formé par le déplacement de la plaque du Pacifique au-dessus d'un point chaud situé sous les îles Hawaii.

Le tracé et les âges du chaînon Hawaii-Empereur nous renseignent sur deux choses: 1) la direction du déplacement s'est brusquement modifiée durant le déplacement de la plaque, il y a 40 Ma; durant la période entre -80 et -40 Ma, la plaque s'est déplacée selon le sens et la direction de la flèche rouge, donnant naissance au chaînon Empereur, alors que depuis 40 Ma, le déplacement se fait selon le sens et la direction de la flèche bleue, avec comme résultat le chaînon d'Hawaii; 2) connaissant la distance du déplacement entre deux volcans d'âge connu, on peut calculer la vitesse moyenne du déplacement de la plaque entre ces deux points, ici par exemple, une vitesse moyenne de 6,7 cm/année entre Hawaii et le point de changement de direction du déplacement de la plaque (soit à Kimmei, une distance de 2700 km entre les deux points). On ne sait pas vraiment depuis combien de temps fonctionne ce point chaud puisque, si des volcans ont été formés il y a plus de 80 Ma, ils ont été engloutis en même temps que la plaque du Pacifique dans la zone de subduction des Aléoutiennes-Kouriles et digérés avec elle dans l'asthénosphère.

 

Suite

 

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Commentaires (1)

1. arada (site web) 25/03/2013

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Date de dernière mise à jour : 05/10/2012