Volcanologie

Pourquoi y a t-il des volcans? Quel sont les origines du volcanisme? Qu’est ce que la tectonique des plaques? Quel sont les types de volcanisme? Qu’est ce que le magma et la lave ? Quelle différence entre eux? Comment ça marche une éruption volcanique? Quelle relation y-a-t-il entre la composition du magma et sa viscosité? entre sa viscosité et les types de volcan et d’éruption? Quel sont les différents dynamismes éruptifs?

La science appelée volcanologie — et pratiquée par des volcanologues — tente de répondre à toutes ces questions en étudiant le volcanisme qui comprend l’ensemble des phénomènes naturels liés à l’activité des volcans.

Les origines du volcanisme et les types de volcanisme

Pourquoi y a-t-il des volcans? Les origines du volcanisme

Notre globe est constitué d’une succession d’enveloppes concentriques. En son cœur, un noyau composé d’une graine très dense, et un noyau externe liquide. Autour, les deux manteaux intérieur et extérieur. Enfin, en surface, la lithosphère, formée de la « peau » du manteau extérieur et d’une mince croûte supportant les continents et les océans. Plus on s’enfonce à l’intérieur de la Terre, plus la température augmente, jusqu’à dépasser en son centre les 5000 degrés. Ce noyau entretien les restes du feu originel qui a donnée naissance à notre terre il y a 4,5 milliards d’années.

Mais à cela il faut ajouter l’énergie libérée par la désintégration naturelle des éléments radioactifs contenu dans les roches de la croute et du manteau terrestre. La terre n’est donc en fait qu’une colossales centrale nucléaire qui doit absolument évacuer sa chaleur vers l’extérieur, sous peine d’exploser.
Le manteau, surchauffé au contact du noyau brûlant, s’anime de vastes courants de convection, comme ceux produits dans une casserole lorsque l’eau est en ébullition. ces courants montent et descendent en boucles sous la lithosphère et la divisent en d’immenses plaques qui glissent sur le manteau de quelques centimètres par an. En se déplaçant, elles créent sur leurs bords de profondes fractures, par où le magma, né de la fusion d’une partie du manteau, monte et s’échappe à la surface. Il y engendre les volcans, cheminées par lesquelles s’exhale la chaleur de la planète. Le processus est connu sous le nom de tectonique des plaques (en savoir plus sur wikipédia).

Les types de volcanisme

On distingue trois types de volcanisme.

• Le volcanisme de subduction est provoqué par deux plaques qui se heurtent poussées par des courants convergents. L’une d’elles plonge alors sous l’autre. Plus bas et plus dense, la plaque océanique plonge dans le manteau, y introduit de l’eau et génère un magma chaud et léger qui remonte vers la surface. Si les deux plaques sont océaniques, les éruptions produisent des chaines de volcans sous forme d’arc insulaire, tel celui d’Indonésie. Si la collision implique une plaque océanique et une plaque continentale, elles feront naitre, sur cette dernière, des cordillères volcaniques, comme celles des Andes. Il en résulte également une fosse océanique tel la fosse des Mariannes. La subduction permet en outre d’engloutir un morceau de plaque océanique équivalent à celui crée au niveau des dorsales par le volcanisme d’accrétion.
• Le volcanisme d’accrétion a lieu presque toujours sur le plancher des océans entre 2 plaques divergentes. Leurs bords se soulèvent sous l’effet des courants de convection, et forment alors d’immenses rides, ou dorsales. Les dorsales océaniques composent une chaîne sous marine de près de 70000 km de long et 2500 mètres de haut autour du globe. Leur sommet est entaillé par des failles (ou rifts) d’où le magma s’épanche. Ces coulées, en refroidissant, rallongent les deux plaques opposées qui s’écartent. Elles constituent le fond des océans, soit 70% de la croute terrestre, et l’étendent constamment. Ces éruptions sous-marines représentent les deux tiers de l’activité volcanique actuelle.

Mais ces mécanismes sont encore insuffisants pour évacuer la chaleur des profondeurs. Aussi la terre recourt-elle à un troisième type d’exutoire :

• Le volcanisme de points chauds. Ceux ci ne surgissent plus à la périphérie, mais au milieu des minces plaques océaniques.
  Partis de la frontière « manteau/noyau » de gigantesques faisceaux de matière en fusion très chaude s’élèvent jusqu’à la croute terrestre et la percent tels un gigantesque chalumeau construisant ainsi des volcans sous marin qui lorsqu’ils émergent deviennent des îles (Réunion, Hawaï, Galápagos,…). L’ensemble fonctionne comme une plaque de tôle qui défile au-dessus d’un chalumeau fixe qui la troue à intervalles plus ou moins réguliers. Il se forme ainsi des alignements de cônes sous marins et d’iles volcans qui s’éteignent à mesure qu’ils s’éloignent du point chaud, avant de s’enfoncer dans l’océan. Certains atolls coralliens, comme celui de Tahiti, sont les vestiges de ces anciens édifices éruptifs. Les archipels d’Hawaï et de l’Empereur  sont les plus célèbres. 107 iles ou cônes sont immergés sur près de 6000 km. d’autre volcans de points chaud se situent sur des plaques continentales à faible dérivent : le chalumeau les perce malgré leur épaisseur (mont Saint Helens au États-Unis, Erebus dans l’Antarctique, mont Cameroun). Quelques-uns se superposent au rift qui sépare deux plaques divergentes : c’est le cas des volcans d’Islande.

L’ensemble de ces processus tectoniques et éruptifs permet à notre planète de diffuser son feu intérieur. A travers eux, les volcans sont les soupapes de sûreté de notre Terre.

Une petite vidéo de « c’est pas sorcier » qui explique les bases du volcanisme

Magma, type de volcan et de dynamisme éruptif

Magma et Lave

Les roches en fusion lui donnent naissance à 100 km sous terre : le magma jaillit à la surface sous forme de lave.

Une éruption volcanique se déclenche lorsque le magma arrive en surface. Mais avant de jaillir en fontaine de lave, cette « pâte pétrie », selon le mot grec qui la désigne, a effectué un long périple. Elle nait de la fusion des roches du manteau, vers 100 km de profondeur, et s’élève le long des fractures de l’écorce terrestre. En chemin, elle s’accumule, parfois pendant des millénaires, dans de gigantesques réservoirs : les chambres magmatiques. Elle y subit des modifications dues aux interactions chimiques et aux variations de température et, de pression. Les volcans expulsent ainsi des magmas variés qui provoquent différents types d’éruption. Toutefois, leur mécanisme est identique.

Mécanisme d’une éruption volcanique

La chambre magmatique est comme une bouteille de champagne : elle contient un liquide sous pression, composé d’un bain de silicates fondus et de gaz dissous. Quand le bouchon saute (l’éruption), la pression baisse et le liquide monte dans le col de la bouteille (la cheminée du volcan). Les gaz qu’il contient s’en extraient alors sous la forme de bulles qui éclatent à l’air libre. Le liquide résiduel est la lave. En explosant, les bulles de gaz la projettent en lambeaux plus ou moins gros.

La fragmentation de la lave et son degré de violence dépendent de la viscosité du magma, qui varie elle-même selon sa teneur en silice (de 44% à 64%).

Quel type de magma pour quel type de volcan et d’éruption?

• Un magma saturé de silice produit une lave grise, l’andésite, très visqueuse. La lave, épaisse, va opposer une résistance aux dégagements gazeux. Les bulles de gaz qui apparaissent lors de la décompression à faible profondeur ne peuvent se dilater aussi facilement que dans les magmas fluides et par conséquent, explosent à plus haute pression dans le conduit éruptif. La lave est pulvérisée en cendres fines, projetée en l’air en un immense panache. Les scories, résidus de matière fondue semblables à la pierre ponce, les bombes -fragments plus massifs de lave-, les lapilli -petites pierres bulleuses-, retombent autour du cratère. Ce genre de crise est spécifique aux « volcans gris« , explosifs. Ils croissent au dessus des zones de subduction et sont, pour la plupart, des strato-volcans dont la forme va se rapprocher d’un cône élancés à 45 degrés (pente d’équilibre des blocs, scories et cendre projetés).

• Un magma pauvre en silice est au contraire très fluide. Il donne une lave noire, le basalte, qui oppose peu de résistance aux dégagements gazeux (il n’y a pas d’explosion), et qui s’épanche en coulées. Ce type  d’éruption est la marque des « volcans rouges » dits effusif, propres aux zones d’accrétion et de point chaud. Au paroxysme d’une éruption, des fontaines incandescentes débordent et alimentent de longues coulées de lave régulières qui dévalent la pente du volcan. Ce sont généralement des volcans boucliers, énormes édifices aux cimes aplaties et aux pentes douces. Ils peuvent être couronnés d’une caldeira, immense cratère issu de l’effondrement du sommet. C’est le cas du Piton de la fournaise, sur l’île de la Réunion.

Tous ces éléments permettent de distinguer six principaux dynamisme éruptifs.

Les différents types de dynamisme volcanique

Par ordres d’intensité croissante, on trouve ainsi :

Le dynamisme hawaïen

Il se signale par des émissions continues de magma. La lave est expulsée en fontaines, puis se répand en coulées rapides et peu épaisses sur de grandes surfaces. les volcans d’Hawaï, qui ont donné leur nom à ce processus, en sont l’archétype

Le dynamisme strombolien

Il s’exprime par des explosions rythmiques qui projettent des blocs et des scories incandescents. Les coulées de lave, si elles ont lieu, sont très limitées. Le Stromboli (îles Éoliennes, Italie) en est le modèle.

Le dynamisme péléen

Il s’illustre par des libérations de gaz très violentes. La lave visqueuse s’accumule autour de la bouche du cratère pour former un dôme, sorte de bouchon. Sa destruction par dégazage engendre des nuée ardentes. La montagne Pelée (Martinique) causa ainsi 30000 mort en 1902.

Le dynamisme plinien

Il doit son nom à Pline le Jeune qui décrivit l’éruption du Vésuve (79 après J.C.). Les explosions cataclysmiques génèrent un panache de cendres en forme de pin parasol s’élevant à des dizaines de kilomètres, comme ceux du mont Saint Helens, aux États-Unis, en 1980, et du Pinatubo, aux Philippines, en 1991.

La rencontre du magma et de l’eau produit deux autres types de dynamisme :

Le dynamisme surtseyen

Réservé aux éruptions sous-marines peu profondes. Les explosions créent un panache à l’allure de cyprès. Les cendres s’élèvent autour de la bouche émissive, un anneau de tuf qui devient, s’il émerge, une île volcan. ce phénomène a été décrit lors de l’éruption du Surtsey (Islande) en 1963.

Le dynamisme vulcanien

Caractérisé par des explosions rythmiques qui projettent des bombes « en croute de pain » aux parois vitrifiées et craquelées (Vulcano, îles éolienne, Italie).

Mais les volcans peuvent avoir des mécanismes éruptifs différents au cours de leur histoire et durant une même crise. Aussi, ils restent en grande partie imprévisible.