LE RISQUE VOLCANIQUE. Lorraine Ruzié Géologie de l Environnement Master Biogéomédia

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1 LE RISQUE VOLCANIQUE Lorraine Ruzié Géologie de l Environnement Master Biogéomédia

2 Plan du cours Magma: du manteau à la surface. L activité volcanique: styles éruptifs. Aléa volcanique et surveillance. Les volcans et les hommes

3 Qu est ce qu un magma? (1) Liquide silicaté contenant: des cristaux en suspension une phase fluide dissoute (près de la surface => bulles) Température comprise entre 600 C et 1300 C Différence entre lave et magma? Lorsqu il se dégaze et se refroidit le magma se transforme en lave. La lave peut se trouver sous forme massive (coulée, dôme) ou fragmentée (pyroclastites) 1. Magma du manteau à la surface

4 Qu est ce qu un magma? (2) Un magma est caractérisé par sa composition chimique: éléments majeurs (en proportion importante >0,5 ou 1%) Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Mn, P éléments traces - compatibles (Ni, Cr) - incompatibles (U, Th, Rb, Ba, La, Hf) 1. Magma du manteau à la surface

5 Quel est le devenir d un magma? Évolution en 4 grandes étapes: 1. La genèse 2. Le transfert 3. Le stockage 4. L éruption Modification des caractéristiques chimiques et physiques du magma. Méthodes d études : étude texturale des paragenèses, la minéralogie et la cristallochimie, la pétrologie expérimentale, la géochimie. 1. Magma du manteau à la surface

6 La genèse des magmas Les variables: pression, teneur en eau et la température. Fusion: par décompression: d rides et points chauds par hydratation: subduction par augmentation de T : T points chauds 1. Magma du manteau à la surface

7 Le transfert du magma Comme la fusion est partielle (15% maximum au dorsale), le magma est un liquide interstitiel au sein d une matrice solide. La force motrice est la poussée d Archimède. Deux conditions pour l extraction: Le magma doit former un réseau continu permettant sa migration. La matrice solide doit se déformer pour compenser la perte de magma 1. Magma du manteau à la surface

8 Le stockage dans la chambre Série de Bowen = ordre de cristallisation 1. Magma du manteau à la surface

9 Les principaux types de magmas SiO 2 48% 55% 60% 70% 77% Basalte Andésite Dacite Rhyolite densité Densité moyenne de l écorce terrestre Densité des roches sédimentaire 1. Magma du manteau à la surface

10 Démarrage d une éruption 4 types de phénomènes: Réalimentation du réservoir Changement d état des contraintes du réservoir sous l effet de la cristallisation Interaction avec de l eau contenue dans les fissures entourant le réservoir. Instabilité mécanique de l édifice. Rupture des parois du réservoirr 1. Magma du manteau à la surface

11 L activité volcanique GAZ Vulcanien (explosif) Strombolien Péléen (mixte) Hawaïen SOLIDE (extrusif) (effusif) LIQUIDE Quelle physique se cache derrière cette simple classification? 2. Activité volcanique

12 L activité volcanique La dynamique de l écoulement dans le conduit Dans le conduit: baisse de la pression Phase gazeuse qui s exprime Ce qui gouverne la dynamique d une éruption volcanique: Quantité de gaz présente Et sa vitesse de remontée par rapport au magma 2. Activité volcanique

13 L activité volcanique Si la vitesse des bulles est supérieure à celle du magma, les quatre régimes sont possibles. Si la vitesse des bulles est inférieure à celle du magma, seuls les régimes A et D sont possibles. A B C D 2. Activité volcanique

14 L activité volcanique 1 er er cas: Écoulement bulleux Caractérisé par peu de gaz Coulée de lave ou dôme 2. Activité volcanique

15 L activité effusive Piton de la Fournaise Janvier Activité volcanique

16 L activité effusive Coulée de lave de type aa Coulée de lave de type pahoehoe Lave visqueuse, beaucoup de gaz Lave fluide, C, peu de gaz. 2. Activité volcanique

17 L activité effusive Le dégazage abondant en début d éruption produit des fontaines de laves (voir plus tard). Or le dégazage est la principale cause de refroidissement de la lave. Donc les laves produites au début de l éruption sont de type aa. Par la suite, lorsque le dégazage devient plus faible, des lave plus chaudes pahoehoe sont émises. 2. Activité volcanique

18 L activité extrusive Le dôme de lave de Montserrat été Activité volcanique

19 L activité effusive et extrusive Le facteur clé: VISCOSITE Température, cristallinité, teneur en éléments volatils et la composition chimique du magma. 2. Activité volcanique

20 L activité volcanique 2ème cas: Écoulement intermittent Les bulles coalescent pour former des poches de gaz Caractéristique du régime strombolien 2. Activité volcanique

21 L activité volcanique 3ème cas: Écoulement annulaire Films de lave entourant du gaz Caractéristique des fontaines de lave 2. Activité volcanique

22 L activité volcanique 4ème cas: Écoulement dispersé Fragments en suspension dans du gaz Caractéristique du régime plinien 2. Activité volcanique

23 L activité volcanique explosive La fragmentation se produit quand le volume de gaz atteint 75%. => Production de ponces 2. Activité volcanique

24 L activité volcanique 2. Activité volcanique

25 Aléa volcanique et surveillance 1500 volcans considérés actifs (< ans) éruptions par an 100 volcans surveillés (60 observ.) 45% des éruptions sont paroxysmales le 1er jour 80% pop mondiale vit dans un pays avec au moins un volcan actif 500 millions de personnes vivent proche d un volcan actif Plymouth, Montserrat 3. Aléa et surveillance

26 Aléa volcanique et surveillance Aléa ou menace: phénomène naturel dangereux pour une zone donnée Probabilité d occurrence en fonction de l intensité = Risque: (aléa) x (enjeux ou patrimoine) x (vulnérabilité) 3. Aléa et surveillance

27 Les coulées de lave Mont Cameroun avril 1999 Elles ne présentent que des dangers modérés pour les populations mais peuvent détruire de nombreux biens : habitats, voies de communication, cultures. 3. Aléa et surveillance

28 Les projections Les projections et retombées de bombes (type strombolien), de cendres (type vulcanien), de ponces (type plinien).. Tavurvur Papouasie-Nlle Guinée Piton de la Fournaise Avril Aléa et surveillance

29 Les coulées pyroclastiques Mélange à haute température (plusieurs centaines de degrés Celsius) de gaz volcaniques, de vapeur d'eau et de particules solides (fragments de lave, de scories, de ponces, de lithiques ), relativement dense, qui s'écoule à grande vitesse (au départ à plusieurs centaines de km/h) au voisinage du sol, fortement soumis à la gravité et guidé par la topographie. Ce type d'écoulement résulte souvent de l'effondrement d'un panache volcanique. 3. Aléa et surveillance

30 Les coulées pyroclastiques Éruption du volcan Mayon, Philippines La colonne plinienne ne peut incorporer de grandes quantités d'air : le mélange reste plus lourd que l'air, ne monte qu'à quelques kilomètres au-dessus de la bouche éruptive et finit par retomber au sol, alimentant des coulées denses de fragments et de gaz qui dévalent les pentes du volcan. 3. Aléa et surveillance

31 Les nuées ardentes Il s agit d un nuage de gaz brûlants transportant des blocs et des cendres en suspension qui déferle sur les flancs du volcan. L ensemble se propage à grande vitesse (200 à 600 km/h), à haute température ( C). Les nuées ardentes constituent des risques majeurs pour les habitants et leurs biens. La Montagne Pelée (Martinique, Antilles) fit victimes le 8 mai 1902 et 1000 autres le 30 août Aléa et surveillance

32 Les émanations de gaz Le lac Nyos au Cameroun a libéré le 21 août 1986 un nuage de CO2 qui a asphyxié 1746 personnes. Aujourd'hui, un système permet un dégazage progressif des eaux profondes du lac. Dépôts de soufre Dus à l activité fumerolienne 3. Aléa et surveillance

33 Les lahars Elles résultent d'un mélange d'une grande quantité de cendres volcaniques, en position instable sur l édifice volcanique, et d'eaux, d'origines variés : pluies abondantes, cyclones et typhons. Pinatubo (Philippines), en 1991 et les années suivantes ; rupture des parois d'un lac de cratère. Kelut (Indonésie), victimes en 1919 ; fonte de neige ou de glace. Nevado del Ruiz (Colombie), victimes le 13 novembre 1985 ; Islande (glacier Vatnajoküll), Vue d'hélicoptère de la ville de Bacolor aux Philippines, située à une trentaine de kilomètres du cratère du Pinatubo, recouverte par des lahars après le passage du typhon Mameng le 1er octobre 1995, plus de quatre ans après l éruption majeure de Aléa et surveillance

34 Les déstabilisations de flanc Observées pour la première fois au Mt St Helens le 18 Mai Aléa et surveillance

35 Les déstabilisations de flanc Les déstabilisations de flanc sont des événements majeurs, qui, pour la plupart d entres eux, sont associées à la présence d un système hydrothermal actif qui fragilise la structure du cône volcanique. 3. Aléa et surveillance

36 Les Tsunamis Lors de l éruption du Tavurvur en Papouasie - Nouvelle-Guinée, en 1994, ce bateau s est Retrouvé échoué sur la côte par un raz-de-marée. On voit le volcan Vulcan assoupi en arrière-plan Elles se déplacent à km/h et prennent une amplitude gigantesque (quelques mètres à quelques dizaines de mètres) en se rapprochant des côtes parfois éloignées de plusieurs centaines voire milliers de km. Exemple : Krakatoa (Indonésie), noyés à Java et Sumatra en Tavurvur (Papouasie Nouvelle-Guinée), Aléa et surveillance

37 Quelques grandes éruptions 3. Aléa et surveillance

38 Les cartes d aléas 3. Aléa et surveillance

39 Les arbres décisionnels 3. Aléa et surveillance

40 La surveillance Sismomètre Inclinomètre Extensomètre Distancemètre GPS 3. Aléa et surveillance

41 La surveillance Composition des sources thermales Composition des fumerolles 3. Aléa et surveillance

42 Volcan source de chaleur En région péri-volcanique, l énergie du sous-sol peut être exploitée : c'est la géothermie. La première centrale a fonctionné en 1904 à Larderello, Toscane, Italie. De nombreux pays sont concernés (Islande, USA, Russie, Japon, Mexique, Philippines, etc.) La géothermie est l'exploitation de la chaleur du sous-sol, comme à Nesjavellir en Islande Centrale géothermique de Larderello, Toscane, Italie Géothermie = moins de 1% de l énergie mondiale 4. Les volcans et les hommes

43 Volcan source de minerais Les volcans anciens ont laissé d'importants gisements métallifères (or, cuivre au Chili). Le soufre est exploité au Kawah Idjen en Indonésie (6 tonnes de soufre sont exploités chaque jour par des hommes, les forçats du soufre ; le soufre est renouvelé par les fumerolles). Un porteur de soufre au Kawah Idjen en Indonésie Carrière ouverte en Haute-Loire dans un ancien lac de lave. 4. Les volcans et les hommes

44 Volcan source de vie! Les volcans tuent environs 1000 personnes/an mais ils en Nourrissent 300 millions quotidiennement dans le monde Les sols volcaniques sont très fertiles (2 à 3 récoltes de riz par an en Indonésie au pied des volcans contre une seule récolte en Inde). Rizières sur des terrains fertiles au pied du volcan Cikuray en Indonésie 4. Les volcans et les hommes

45 Conclusion Magma: du manteau à la surface. Définition d un magma et les quatre étapes majeures L activité volcanique: styles éruptifs. Dépendante des propriétés physique et chimique du magma (viscosité et teneur en gaz) Aléa volcanique et surveillance. Définition de l aléa et liste des aléas primaires rencontrés sur les volcans. Les techniques et les moyens de surveillance. Les volcans et les hommes Le volcanisme est cause de mort et source de vie.