Activité volcanique

L'activité volcanique

Introduction

En termes d’activité volcanique et de phénomènes associés, les volcans se distinguent par des différences de comportements. Certains se définissent par une activité relativement répétitive dans le temps (volcans hawaiiens, Stromboli et Etna par exemple), c'est-à-dire par une répétition d’éruptions aux caractéristiques très proches. Cependant, la plupart des volcans connaissent dans leur histoire de grandes diversités dans leur style éruptif, allant de tranquilles rejets de lave de quelques mètres de hauteur à de gigantesques explosions de plusieurs dizaines de kilomètres cube de lave.

Les principales activités volcaniques peuvent être subdivisées en 4 groupes :

• L’activité explosive (Hawaiienne, Strombolienne, Vulcanienne, Peléenne, Hydromagmatique, Phréatomagmatique, Plinienne et de coulées Pyroclastiques).
• L’activité effusive (Coulées de lave, lacs de laves et dômes de lave).
• L’activité hydrothermale (Fumerolle, phréatique, sources thermales et geysers).
• Les phénomènes associés (Lahars, fractures, effondrements calderiques, tsunamis, pluies acides et émissions de gaz).

Eruptions explosives

Principes généraux

L’explosion d’un magma est produite par la libération des gaz dissous dans le liquide magmatique qui sont libéré par décompression lors de la remonté du magma dans le conduit. Les éruptions explosives peuvent présenter une grande variété de styles éruptifs qui vont de la simple petite explosion (la lave atteint quelques mètres de hauteur) à de gigantesques explosions libérant plus de 50 kilomètre cube de magma à plus de 50 kilomètres d’altitude.

Deux facteurs contrôlent principalement le caractère explosif d’une éruption : la teneur en gaz dissous et la viscosité du magma. A ces deux principaux paramètres, s’ajoute un troisième : le taux éruptif.

Les substances volatiles (eau, soufre, dioxyde de carbone, chlore,…) sont dissoutes dans le liquide magmatique à de très grandes profondeurs. Chaque espèce différente suit une loi de solubilité. Lors de la remonté du magma, la pression diminue progressivement et les gaz dissous commence à s’exsolver du liquide (c'est-à-dire sont libérés). Ces gaz forment alors des bulles dispersées dans le liquide. A des niveaux moins profonds, le volume des bulles augmente et celles-ci finissent par se fondre et ainsi former des bulles de plus grande taille (coalescence). Le processus de libération et d’expansion des bulles est contrecarré par la résistance du magma, résistance d’autant plus grande que la viscosité est élevée. Les magmas riches en silice (donc très visqueux) s’opposent avec beaucoup d’efficacité à l’expansion des gaz avec pour risque le maintien dans les bulles d’une surpression. Lorsque la pression interne des bulles atteint un seuil critique (seuil de fragmentation), le magma se fragmente, c'est-à-dire qu’il passe de l’état liquide contant des bulles à l’état de gaz contenant des fragments de liquide bulleux (pyroclastites).

Du point de vue des bulles (répartition et tailles), le volcan peut être subdivisé en trois parties :

• Le premier niveau correspond au niveau ou le magma ne contient pas de bulles. Ce niveau se situe sous le seuil d’exsolution des gaz.
• Le deuxième niveau (niveau intermédiaire) contient des bulles induites par le dégazage du magma. Ces bulles augmentent de volume lorsque la pression diminue.
• Le troisième niveau se situe au dessus du seuil de fragmentation et dans laquelle les fragments de magma sont transportés par le mouvement des gaz.

Vue schématique du fonctionnement d'un volcan explosif

Classification des éruptions explosives

Les critères de classifications des éruptions explosives se basent sur le degré de fragmentation du magma et la hauteur du nuage éruptif généré. 7 catégories sont généralement admises :

Les éruptions Hawaiiennes

Ce style d’éruption est caractéristique des volcans de Hawaï, qui présentent des magmas basaltiques très fluides et à très faible teneur en gaz dissous. Cette activité se caractérise par des lacs de laves ainsi que des fontaines de lave. L’activité d’un lac de lave se caractérise par des explosions périodiques de grosses bulles de gaz. Les fontaines de lave quant à elle correspondent à l’éjection en continu d’un jet de lave à une hauteur de quelques dizaines de mètres à quelques centaines de mètres. En ce moment, les seuls volcans au monde présentant des lacs de lava sont le Kilauea à Hawaï, l’Erta Ale en Ethipie et le Nyragongo en République Démocratique du Congo. Pour les fontaines de lave, la matière expulsée est encore incandescente lorsqu’elle retombe au sol et peut donc alimenter une coulée. Souvent, les édifices s’aligne le long d’une fissure, on parle alors d’éruptions fissurales.

Les éruptions Stromboliennes

Le nom de ce type d’éruption est issu de l’activité du volcan Stromboli dans les iles Eoliennes. Elles sont produites par des magmas de viscosité moyenne à faible mais avec une teneur en gaz dissous sensiblement supérieure à celle des éruptions hawaiiennes. Des explosions se succèdent à intervalles réguliers (suite à l’éclatement de grosses poches de gaz) et rejet des lambeaux de lave en fusion jusqu’à plusieurs centaines de mètre de hauteur. Lorsque ces lambeaux de lave retombent, ils refroidissent généralement avant d’atteindre le sol et forment alors des scories. Lorsque les explosions se produisent à intervalles très courts, un cône de scorie se forme, pendant qu’au même moment, une coulée de lave alors dégazée se forme.

Les éruptions Vulcaniennes

Les éruptions vulcaniennes sont moins fréquentes que les stromboliennes et sont surtout le résultat de l’explosion de gaz magmatiques. Ce nom prend son origine de l’éruption du cratère de la Fossa dans l’ile de Vulcano en 1888-1890. Ces éruptions sont généralement caractérisées par des explosions répétées, de force moyenne à forte, avec l’éjection de bombes de grandes tailles qui suivent une trajectoire balistique pouvant dépasser plusieurs kilomètres. Les volumes mis en jeu sont en règle générale assez faibles. Ces explosions sont généralement associées à de larges coulées de ponces qui dévalent les pentes du volcan. Lors de ces éruptions, le nuage de cendre généré peut atteindre une altitude de 20 kilomètres. Les magmas produisant ce type d’activité explosive sont très visqueux et généralement dégazés.

Les éruptions Sous-Pliniennes et Pliniennes

Les éruptions pliniennes sont de loin les plus violentes et les plus importante en terme de volumes émis. Ces éruptions portent ce nom en hommage à Pline l'Ancien disparu au cours de la fameuse éruption du Vésuve qui en l'an 79 détruisit les villes romaines de Pompéi et d'Herculanum. Ces éruptions sont produites systématiquement par des magmas très visqueux et très riches en gaz. Elles sont caractérisées par une fragmentation continue du magma et de projection dans l'atmosphère de gaz et de pyroclastes. Les éruptions plinienne rejettent d'énormes quantités de ponces et de cendres.

Les éruptions avec interaction avec de l’eau

Lorsqu’un magma remonte vers la surface, celui-ci est susceptible d’entrer en contact avec des roches saturées en eau ou bien avec de l’eau superficielle. Ce contact en un magma très chaud et l’eau peut produire de gigantesques explosions résultant de la vaporisation brutale de l’eau liquide. La vapeur d’eau générée occupe un volume beaucoup plus grand que l’eau liquide à la pression ambiante (1 atm). L’énergie libérée provoque une fragmentation des roches encaissantes.

Les éruptions explosives avec interaction avec de l’eau peuvent être divisées en deux catégories : Les éruptions phréatomagmatiques : interaction entre le magma et de l’eau souterraine, Les éruptions hydromagmatiques : interaction du magma avec de l’eau superficielle.

Les produits
Lorsque le magma est brutalement refroidi par l’eau, il forme un verre volcanique fragilisé par le choc thermique (phénomène de trempe). L’éruption projette alors généralement de fines cendres et beaucoup de vapeur d’eau. Ainsi, dans l’air, en présence de la vapeur d’eau, les cendres s’agglomèrent et forment des lapilli accrétionnés qui tombent en gouttes (voir photographies).

Pluie de goutte de cendre à Montserrat

Activité et structures
Les structures liées à l’activité phréatomagmatique sont essentiellement dépendantes du rapport eau/magma. Dans l’ordre croissant de ce rapport, on obtient :

• Les cônes de scories (Cinder cone) : interaction entre du magma et de très petites quantités d’eau extérieure.
• Les anneaux de tuf (Tuff ring) : Très énergétique (rapport eau/magma entre 0.1 et 1). Lorsque le cratère résultant de ce type d’interaction se rempli d’eau, on parle de Maar.
• Les cônes de tuf : Interaction entre de l’eau superficielle.
• Les dépôts de lave en coussin (pillow lava) : Pas d’explosion car le volume d’eau et la profondeur sont trop grand (pression élevée).

Diagramme énergie explosive en fonction du rapport eau/magma

Eruptions effusives

Principes Généraux

Lorsque le magma qui arrive à la surface a perdu ses constituants gazeux (eau, soufre, dioxyde de carbone, chlore,…), il se produit alors une coulée de lave (laves fluides) ou bien au contraire une accumulation de lave à l’aplomb de la bouche éruptive (laves visqueuses) formant ainsi un dôme de lave.

Le déplacement de la lave dépend essentiellement de la force gravitaire qui s’exerce. Cette force est fonction de la pente sur laquelle la lave s’écoule. Le flux de lave se retrouve dans ce cas contrôlé par la diminution de la pente et de l’éloignement par rapport au centre éruptif ainsi que du refroidissement de la lave. La vitesse et la longueur des coulées dépendent essentiellement de la viscosité de la lave qui tend à s’opposer à l’écoulement, du degré d’inclinaison de la pente et du taux d’émission de la lave au niveau de la bouche éruptive. Des coulées de laves fluides peuvent parcourir de grandes distances (jusqu’à plus de 100 km). Au contraire, les coulées de lave visqueuses à taux effusif faible provoquent la formation d’un dôme de lave qui ne s’écoule pratiquement pas au niveau de la bouche éruptive.

--Amph 1 juin 2007 à 16:50 (CEST)

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