DU MAGMA AU VOLCAN Eruptions volcaniques et répartition des volcans à la surface de la Terre. Qu est-ce qu une éruption volcanique?

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1 DU MAGMA AU VOLCAN Eruptions volcaniques et répartition des volcans à la surface de la Terre Qu est-ce qu une éruption volcanique? Une éruption volcanique est l ensemble des phénomènes qui accompagnent l arrivée en surface d un magma, matériau naturel en fusion (environ C) composé de liquides silicatés ou carbonatés, de cristaux et de débris de roches en suspension et de gaz divers en solution. Eruption de l'etna - Image Etna F.-D. de Larouzière Les magmas naissent par fusion partielle locale des matériaux solides du manteau terrestre ou de la base de la croûte. Ces liquides migrent vers la surface, grâce à leur faible viscosité, et par simple différence de densité et de température avec le milieu rocheux qui les entoure. Avant d atteindre la surface, les magmas s accumulent parfois dans des chambres magmatiques. Ces réservoirs superficiels sont situés soit dans la lithosphère (10 à 30 kilomètres de profondeur), soit dans le manteau plus profond. Ils peuvent y séjourner plusieurs siècles avant de parvenir à la surface, lors d une éruption. Dans le cas de stockage de longue durée dans la chambre magmatique, ils évoluent en se transformant progressivement. C est là l une des causes de la diversité des magmas. Une partie, parfois la totalité, des magmas n atteint pas la surface et cristallise lentement au sein même de la croûte terrestre. C est ainsi que naissent les roches grenues, entièrement formées de cristaux. Le granite en est l exemple le plus connu.

2 Roche volcanique (basalte), ancienne lave du piton de la Fournaise B. Usé - BIPS Lorsque les magmas parviennent à la surface de la croûte terrestre par un ou plusieurs conduits appelés cheminées, ils libèrent : des liquides ou laves ; des produits solides ou solidifiés : blocs, bombes, scories, cendres, etc. ; des produits gazeux : gaz. Ces matériaux sont les produits volcaniques. L accumulation des produits solides à proximité du point de sortie (cratère ou fissure éruptive) constitue un appareil volcanique. On appelle «lave» un magma en partie dégazé qui s épanche sur les flancs d un volcan. Une lave refroidie et solidifiée est appelée «roche volcanique». La plupart des roches volcaniques contiennent une phase qui n a pas pu cristalliser et qui est restée à l état vitreux. L éruption est donc le phénomène physique qui permet, à partir d un magma stocké en profondeur, de provoquer l arrivée de produits volcaniques en surface. Si le magma est fluide et pauvre en gaz, l éruption est de type effusif, avec émission de coulées de lave qui dévalent les pentes du volcan. Les phénomènes explosifs sont alors très limités. Si le magma est visqueux et riche en gaz dissous, la lave s accumule au point de sortie et ne peut s épancher facilement. Les gaz restent en partie prisonniers de la lave. Lorsque la pression de ces gaz devient trop élevée, des explosions volatilisent l amas de lave visqueuse. On dit que l éruption est de type explosif. Elle s accompagne de l émission de panaches de cendres ou de nuées pyroclastiques. Quand une lave est visqueuse et pauvre en gaz, l éruption sera de type extrusif avec formation d aiguilles de lave ou d extrusions. Les différents types d éruptions Les volcanologues prennent en compte des critères variés pour classer les différentes éruptions : emplacement, forme, âge de l appareil volcanique, nature des matériaux émis, etc.

3 Actuellement, on ne parle plus de «type» de volcan, mais plutôt de type d éruption (cf. «Contre les idées reçues»). Le meilleur critère de classification est encore le type de matériaux émis par le volcan. Si chaque éruption garde son style, ces classifications sont pratiques pour décrire le comportement d un volcan en éruption. Les éruptions hawaiiennes Elles sont caractérisées par l émission de lave basaltique très fluide et à haute température (1 100 C). Elles jaillissent en fontaines de lave qui atteignent parfois plusieurs centaines de mètres de hauteur, puis se répandent sur de vastes surfaces sous forme de coulées. Ces épanchements de lave fluide donnent naissance à des cônes aux pentes très douces appelés volcans-boucliers. Les éruptions fissurales, au cours desquelles la lave atteint la surface en s injectant dans une fracture de l écorce qui peut atteindre plusieurs kilomètres de longueur, constituent une variante de l activité hawaiienne. Un volcan-bouclier typique : le Skjaldbreidur (Islande) F.-D. de Larouzière Les éruptions stromboliennes Type défini à Stromboli, en Italie du Sud Elles alternent des phases explosives et des phases effusives. Elles sont caractérisées par l éjection rythmique de produits en fusion, lambeaux de lave propulsés par les gaz volcaniques. Parfois, le cratère déborde de lave fluide qui alimente des coulées. L éruption dure de quelques jours à quelques années, puis s arrête. Le cône est composé d une succession de strates riches en cendres et en bombes volcaniques et de strates formées par les coulées de lave refroidies. C est un strato-volcan. La plupart des jeunes volcans de la chaîne des Puys (Massif central français) sont nés à la suite de ce type d éruption. Chaque nouvelle arrivée de magma en surface a fait apparaître un nouveau volcan. Ainsi, entre ans et ans, quelques dizaines de cônes de scories entourés de leurs coulées se sont construits. Paradoxalement, le volcan de référence, le Stromboli, est tout à fait atypique. Il est en effet actif de manière permanente depuis au moins ans...

4 Eruption du Stromboli F.-D. de Larouzière Les éruptions vulcaniennes Type défini à Vulcano, dans les îles Eoliennes Le magma mis en jeu est ici plus visqueux et remonte avec difficulté vers la surface. Il s accumule au-dessus de la cheminée sous forme d une galette de lave ou d un dôme. Ce bouchon, lorsqu il a refroidi, bloque le dégazage et la pression des gaz augmente au sein même du volcan. Lorsque la pression dépasse la résistance du bouchon, une violente explosion projette des cendres, des scories, des bombes à plusieurs kilomètres de hauteur. Le dégazage se poursuit, puis un nouveau bouchon se met en place dans le cratère, et le cycle peut recommencer, tant que la source de magma n est pas tarie. Le type de relief formé est un cône de faible altitude résultant principalement de l accumulation de cendres et de blocs. Les bombes en croûte de pain sont assez caractéristiques de ce dynamisme. Les coulées y sont rares. On associe à ce type d activité les explosions qui génèrent un énorme panache de cendres en forme de pin parasol. C est le Vésuve qui a servi d exemple pour ce dynamisme, lors de son éruption de l an 79 qui détruisit Pompéi et Herculanum. Pline le Jeune la décrivit en détail, d où le nom d éruption plinienne qu on lui a attribué. Explosion vulcanienne F.-D. de Larouzière

5 Les éruptions péléennes avec émission de nuées ardentes Type défini en 1902 à la montagne Pelée (Martinique, Antilles françaises) C est un cas particulier d éruption explosive. La lave est pâteuse, car riche en silice. Elle ne peut s écouler en sortant du cratère et s accumule sur place en formant un dôme souvent hérissé d aiguilles. Lorsque la pression des gaz situés sous ce bouchon de lave qui emplit le cratère devient supérieure à la résistance du bouchon, une nuée ardente jaillit à partir d une déchirure à la base du dôme. L explosion, constituée de lave et de gaz brûlants et de blocs de toutes tailles qui s échappent à des vitesses de plusieurs centaines de kilomètres par heure, est très destructrice, d autant qu elle est précédée d une onde de choc. Les nuées ardentes de 1902 ont instantanément anéanti la ville de Saint-Pierre et ses habitants. La masse de lave qui obstrue la cheminée est expulsée lentement entre deux explosions et forme un dôme péléen (ex. : puy de Dôme en France). A côté de ces principaux types d éruptions, on a défini d autres dynamismes, en général conditionnés par l intervention de paramètres extérieurs au magma. Ainsi, lorsque l éruption se produit en milieu aquatique, ou du moins dans un environnement riche en eau, le dynamisme est profondément modifié. On distingue : Les éruptions sous-marines Lorsque l éruption se produit au fond des océans, aucune manifestation volcanique n apparaît à la surface. La pression hydrostatique exercée par la colonne d eau étant extrêmement forte, les gaz restent dissous et la lave s épanche tranquillement sur le fond de la mer. Aucune explosion ne peut se produire dans de telles conditions. L écoulement tranquille de lave à C sur le fond de la mer, aussi étrange qu il paraisse, est une réalité et on l a observé et même filmé. Plus des trois quarts des laves produites chaque année sur Terre se mettent en place au fond des océans et ces activités nous sont presque toujours invisibles. Là, dans le secret des profondeurs, naissent des morphologies particulières. Les laves prennent la forme de coussins : on les appelle «pillow-lavas». Les éruptions phréatomagmatiques (Eruptions à faible profondeur, sous-lacustres ou sous-glaciaires), du grec phreatos, puis rempli d eau. A l inverse, lorsque le volcan naît en mer à faible profondeur, le contact de la lave et de l eau provoque de violentes explosions. La roche en fusion est brusquement «trempée» (au sens où l on trempe de l acier) et donne naissance à des fragments vitreux qui s accumulent sous forme de brèches particulières, appelées hyaloclastites.

6 Herdubreid (Islande centrale) F.-D. de Larouzière Si l activité volcanique se poursuit, le volcan en cours de construction finit par émerger. Dès que le magma n est plus en contact avec l eau de mer, le dynamisme change radicalement. Dans le cas de magmas basaltiques, l activité est alors beaucoup moins explosive et devient hawaiienne ou strombolienne. L évolution du volcan s effectue comme sur la terre ferme. Des activités analogues se produisent lorsque des volcans sont emprisonnés sous des glaciers, comme en Islande. Lors des éruptions, la glace fond en partie, et les éruptions se déroulent selon les mêmes modalités. La fusion d énormes volumes de glace peut provoquer la formation de débâcles glaciaires à la périphérie du glacier : d immenses fleuves de boue déferlent sur le pays avoisinant, entraînant tout sur leur passage. Les volcans sous-glaciaires présentent une morphologie particulière. Dans les régions où les glaciers ont disparu, ils peuvent être étudiés. Les montagnes «en table» d Islande en sont des exemples typiques. On identifie des pillow-lavas à la base, puis des accumulations de brèches de hyaloclastites, éventuellement la mise en place d un petit volcan aérien si l accumulation de matériaux finit par dépasser le niveau de la calotte glaciaire aujourd hui disparue. Les éruptions phréatomagmatiques peuvent aussi survenir sur les continents, lors de la rencontre entre un magma et de l eau superficielle (nappe phréatique, cours d eau, lac). Une succession d explosions très violentes découpe des cratères circulaires à l emporte-pièce appelés maars, du nom qui a été donné à ces morphologies en Allemagne. Les projections s accumulent à la périphérie du cratère, en général sous forme d un croissant ou anneau pyroclastique. Le Massif central français présente de très nombreux maars.

7 Formation et évolution d'un volcan sous-glaciaire en table. A : éruption survenant sous un glacier avec accumulation de pillow-lavas dans un lac captif sous la glace. Début d'effondrement de la surface du glacier. B : apparition du lac en surface, explosions phréatomagmatiques. C : émersion, formation d'un cône terminal et émission de coulées. D : état actuel, après régression et disparition du glacier. Les éruptions phréatiques Figure F.-D. de Larouzière Il arrive qu une élévation locale de température, par exemple parce qu un réservoir magmatique est proche, provoque la vaporisation d eaux contenues dans le soussol. Si la pression excède la résistance des roches, des explosions violentes se produisent, sans intervention directe du magma. Ces éruptions gazeuses sont dites «phréatiques». Un cratère semblable au maar est créé. La caractéristique des produits formés est l absence de matériaux volcaniques frais : les brèches sont constituées exclusivement de roches anciennes pulvérisées par les explosions. Vous avez dit types d éruptions? Types d éruptions Magma/lave Relief Produits Caractéristiques Vaste cône surbaissé, Coulées de lave Hawaiienne Lave basaltique aux pentes se répandant sur Lave cordée très fluide douces : d immenses volcanbouclier surfaces Strombolienne Alternance de coulées de lave et d accumulations de scories Strato-volcan Cendres, bombes Alternance de phases explosives et effusives. Eruptions périodiques

8 Vulcanienne Péléenne Phréatomagmatique Sous-marine Magma visqueux. Pas ou peu de coulées Lave pâteuse et riche en silice Rencontre entre un magma et de l eau superficielle Lave en général basaltique Cône formé par l accumulation de brèches Dômes et aiguilles Maar, dépression circulaire à parois raides Vastes coulées Cendres, scories, bombes Gaz brûlants et blocs de toutes tailles Gaz, bombes, blocs de toutes tailles Coulées de lave avec morphologies de pillowlavas Violentes explosions Emission de nuées ardentes destructrices Eruption explosive L activité des volcans sousmarins profonds reste invisible en surface La répartition des principaux volcans actifs dans le monde On estime aujourd hui que notre planète compte plus de volcans actifs. On entend par «actif» tout volcan ou massif volcanique qui a délivré récemment au moins une éruption et qui est susceptible d entrer à nouveau en activité. Depuis 1900, plus de 400 volcans différents ont été le siège d au moins une éruption. Ces chiffres ne signifient en réalité pas grand-chose. Dans certains cas, des volcans différents ne sont que des appareils différents au sein d un seul mégavolcan. Dans d autres cas, on ne comptera qu un seul volcan pour un ensemble de dizaines ou de centaines de cônes isolés répartis sur plusieurs centaines ou plusieurs milliers de kilomètres carrés.

9 Enfin, on ne recense là que des volcans connus, en général sur les continents ou les îles. On passe sous silence les milliers de volcans sous-marins actifs qui ne nous sont pas accessibles. Ces volcans actifs ne se répartissent pas aléatoirement sur la surface du globe. Ils sont étroitement liés à trois environnements géodynamiques inhérents à la vie de notre planète et qui découlent de la tectonique des plaques : - Les zones d accrétion : les volcans y sont relativement peu nombreux en apparence, puisque les zones d accrétion sont pour l essentiel immergées sous les océans de la planète et échappent donc à l observation directe. Pourtant, on estime qu entre et centres éruptifs jalonnent ces limites, dont plus de 99 % ne sont pas observables. Le volcanisme des zones d accrétion est surtout connu là où ces régions sont émergées. L un des meilleurs exemples est l Islande. - Les zones de subduction (marges actives ou arcs insulaires) : c est le long de ces frontières que se manifeste de la manière la plus évidente le volcanisme actuel. Le volcanisme y est généralement très explosif. La zone la plus connue est la ceinture de feu du Pacifique : elle borde l océan de tous côtés, à l exception du sud. Elle concentre plus de 60 % des volcans actifs émergés de la planète. - Le volcanisme de point chaud : il est lié à des remontées de panaches thermiques enracinés profondément dans la planète. Ces panaches ascendants de roche solide fondent partiellement en arrivant à proximité de la surface, et les liquides produits percent la croûte océanique ou continentale. Ce type de volcanisme est relativement rare (quelques dizaines de volcans au maximum). Schéma F.-D. de Larouzière Volcanisme et tectonique des plaques 1 = manteau (asthénosphère) 2 = manteau supérieur 3 = croûte océanique = lithosphère 4 = réservoir magmatique 5 = pluton granitique 6 = croûte continentale 7 = couverture sédimentaire Abréviations AI = arc insulaire DO = dorsale océanique FO = fosse océanique FT = faille transformante MCA = marge continentale active MP = marge passive PC = point chaud (panache mantellique profond) RC = rift continental VIC = volcanisme intraplaque continental VIO = volcanisme intraplaque océanique ZS = zone de subduction

10 En résumé Qu est-ce qu une éruption volcanique? Une éruption volcanique est l ensemble des phénomènes qui se manifestent lors de l arrivée d un magma en surface. Ce magma, avant de remonter vers la surface, peut séjourner en profondeur dans un réservoir, entre 2 et 30 kilomètres sous la surface. C est la chambre magmatique. En arrivant à la surface, le magma se dissocie en : - des produits liquides : laves ; - des produits solides ou solidifiés : blocs, bombes, scories, cendres, etc. ; - des produits gazeux : gaz. Qu est-ce qui détermine la violence d une éruption volcanique? Le type d activité volcanique et la violence avec laquelle elle se manifeste sont déterminés par la composition chimique du magma et son contenu en fluides (gaz, eau). - Si les magmas sont fluides, relativement pauvres en silice (moins de 52 %) et en gaz, l éruption sera de type effusif avec des coulées de lave fluide (volcans dits «rouges»). - Si les magmas sont visqueux, riches en silice (plus de 60 %) et en gaz, l éruption sera de type explosif avec formation d immenses panaches de cendres et de nuées pyroclastiques (volcans dits «gris»). Note : l apport d eau superficielle dans des magmas fluides peut changer la nature des éruptions qui seront de type explosif. Comment sont répartis les volcans actifs dans le monde? Les volcans actifs reconnus ne sont pas répartis de manière aléatoire à la surface de la Terre. Leur localisation est une conséquence directe de la tectonique des plaques. On les retrouve : - le long des zones d accrétion : outre les volcans que l on connaît sur les quelques portions émergées, il y aurait à centres éruptifs dont 99 % non observables, car immergés au fond des océans ; - à la verticale des zones de subduction : c est là que se manifeste l essentiel du volcanisme actuel visible. L ensemble le plus connu est la ceinture de feu du Pacifique qui concentre plus de 60 % des volcans actifs émergés ; - à l aplomb des «points chauds» : ce volcanisme relativement rare est lié à des remontées de panaches chauds d origine très profonde.

11 Contre les idées reçues Un volcan n'est pas défini par un type d'éruption précis. Même si les différents mécanismes éruptifs ont donné lieu à de nombreuses classifications (hawaiienne, péléenne, strombolienne, etc.), un volcan ne délivre pas nécessairement le même type d éruption au cours de sa vie. Ainsi, le Vésuve lors d une seule éruption a été successivement : strombolien, péléen, vulcanien et hawaiien. Il ne faut donc pas parler de volcan de type strombolien, vulcanien ou hawaiien, mais de type d éruption strombolienne, vulcanienne ou hawaiienne, à un moment donné. La meilleure classification semble être celle qui s appuie sur la nature des matériaux émis par le volcan et sur les manifestations observées.