Le volcanisme

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On appelle volcanisme l'ensemble des manifestations liées aux volcans. Ces deux mots ont pour origine Vulcain, le dieu du feu des Romains. Les volcans constituent des lieux de dissipation de l'énergie interne de la Terre. Comment le volcanisme se manifeste-t-il ? Quelles sont ses conséquences ?
1. Qu'est-ce qu'un volcan ?
• Les volcans sont les lieux où des laves (provenant des magmas en fusion) et des gaz arrivent à la surface de la Terre, soit à l'air libre, soit sous l'eau.
• Un volcan comporte, en général, un cône volcanique formé par l'accumulation de matières éjectées par le cratère, point de sortie de la cheminée.
2. Les différentes périodes dans la vie d'un volcan
a) La formation des volcans
Les volcans peuvent se former extrêmement rapidement, sur de la croûte continentale ou sur de la croûte océanique. Le Paricutín est ainsi apparu le 20 février 1943 dans un champ de maïs sur un plateau mexicain ; en 8 jours il y avait un cône de scories (matière volcanique légère et meuble) de 180 mètres de haut… De même, aux Açores, le 28 septembre 1957, un nouveau volcan est apparu en mer par 100 mètres de fond, à l'ouest de l'île de Faial.
b) Les éruptions
• Les éruptions correspondent à une activité intense. Contrairement aux séismes, ce ne sont jamais des événements brefs ; elles peuvent durer plusieurs semaines, voire plusieurs années (plus de 2 ans pour l'éruption de la montagne Pelée à la Martinique en 1902 ; plus de 9 ans pour celle du mont Saint-Helens aux États-Unis en 1980).
• Au cours de ces périodes de « crise », les manifestations éruptives peuvent être très différentes les unes des autres : elles dépendent de la nature du magma.
c) Les volcans en période de repos et les volcans éteints
• Le mot volcan évoque habituellement l'image d'une montagne conique surmontée d'un cratère d'où s'échappe un panache de fumée. Cette image correspond à un volcan actif aérien en période de repos ; un tel volcan peut à nouveau entrer en éruption.
• Il est très difficile de savoir si un volcan est véritablement éteint. On considère, par exemple, que le volcan du pays d'Ossau, dans les Pyrénées, est éteint : il a vécu plusieurs dizaines de millions d'années à la fin de l'ère Primaire et demeure inactif depuis plus de 200 millions d'années. En revanche, les volcans récents de la chaîne des Puys dans le Massif central étaient encore en activité il y a moins de 150 000 ans. Alors sont-ils éteints ou au repos ? Dans l'Antiquité, on n'imaginait pas que le Vésuve en Italie était un volcan, jusqu'à ce qu'il se réveille brusquement (en 79 apr. J.-C.) et détruise les villes d'Herculanum et Pompéi.
3. La diversité des éruptions
a) Les éruptions explosives
• Les éruptions explosives sont caractéristiques des volcans à lave très visqueuse.
• Le magma peut, en se refroidissant, boucher le cratère. Dans ce cas, lors de l'éruption, le bouchon explose et des fragments de roche sont envoyés en l'air. Les éruptions explosives, les plus importantes par le volume de matière émise, sont caractérisées par un jet de matières de plus de 20 km de hauteur éjecté à une vitesse de 100 à 300 mètres par seconde (300 à 1 000 km/h). Un panache de poussières, étalé comme un champignon, se forme dans la haute atmosphère. Les fragments refroidis retombent en pluie de cendres et de fragments de lave (les bombes volcaniques).
• Ces explosions peuvent détruire le bouchon de lave refroidie au fond du cratère et, parfois même, le cône volcanique. Le mont Saint-Helens, dans l'ouest des États-Unis (État de Washington), a été décapité en 1980. Le Krakatau, entre Java et Sumatra, a été totalement détruit en 1883. Après une série d'explosions importantes, l'île entière a totalement disparu dans l'océan. L'affaissement final a provoqué un raz-de-marée ressenti dans toutes les mers du globe. On explique de la même façon la destruction, dans la haute Antiquité, de l'île de Santorin en Méditerranée, destruction qui aurait fondé le mythe de l'Atlantide.
• Ces éruptions peuvent être essentiellement gazeuses. Au Stromboli, les explosions sont dues à l'éclatement d'énormes bulles de gaz qui se forment au sein de la lave, dans la cheminée volcanique.
• Enfin, l'explosion d'une lave très visqueuse sous la pression des gaz donne naissance aux nuées ardentes. La lave se fragmente en blocs de toutes tailles et en cendres. La nuée ardente est essentiellement composée de gaz et de cendres à très haute température. Elles forment une sorte de nuage qui dévale les pentes du volcan. Sa vitesse de déplacement est de l'ordre de 100 à 600 km/h. Les formations de nuées ardentes sont les manifestations volcaniques les plus dangereuses. Plusieurs se sont produites lors de l'éruption du Pinatubo aux Philippines en 1991 et, la même année, lors de celle du mont Unzen au Japon. Une de ces nuées, apparue sur un bord du cratère bouché par un énorme bloc d'andésite, a dévalé en deux minutes la montagne Pelée à la Martinique en 1902. Elle a détruit la ville de Saint-Pierre, 28 000 personnes sont mortes.
b) Les éruptions effusives
• Les éruptions effusives sont caractérisées par l'émission de coulées de laves fluides. Les coulées basaltiques fluides peuvent atteindre plusieurs dizaines de kilomètres sur des surfaces presque planes. C'est le cas, par exemple, à Hawaï où les volcans ont une forme de cônes réguliers aplatis. En 1992, au piton de la Fournaise à la Réunion, de telles coulées, issues de fissures latérales, ont atteint la mer et agrandi l'île de plusieurs kilomètres carrés. En janvier et février 2000, on a pu observer sur l'Etna, en Sicile, des fontaines de lave.
• Ces éruptions sont moins dangereuses que les éruptions explosives : il n'y a pas (ou peu) de bombes volcaniques et les coulées sont suffisamment lentes pour permettre une évacuation de la population.
4. Les différents types de volcans
La variété des formes volcaniques dépend des types d'éruption, des produits émis et de leur localisation.
a) Les volcans aériens
• L'accumulation de laves fluides autour d'un point d'émission conduit à un volcan bouclier, conique, à base très large. Ainsi, le volcan de la Réunion a un diamètre de 240 kilomètres à 3 000 mètres de profondeur. Mais le plus grand volcan du monde est le Mona Loa à Hawaï ; il mesure 9 200 mètres de hauteur ! Sa base est à −5 000 mètres sous l'océan et son sommet culmine à +4 200 mètres. Son diamètre, à la base, est équivalent à la moitié de la largeur de la France !
• Le même type de laves émises par de larges fissures conduit à la formation de très grands plateaux basaltiques constitués d'un empilement de coulées horizontales (les trapps) : c'est le cas de l'Aubrac et des Coirons en France, ou encore du Dekkan en Inde.
• Les laves plus acides sont plus visqueuses. Elles s'écoulent peu et sont, le plus souvent, éjectées par des explosions. Elles donnent des volcans en forme de dômes ou de cônes de scories.
• Les strato-volcans (le Cantal dans le Massif central ou l'Etna en Italie) ont des structures plus complexes. Les éruptions et les émissions de matières ont varié au cours du temps : les coulées de lave alternent avec les dépôts de cendres, de bombes et de scories. Un strato-volcan est donc formé d'une succession de couches de matériaux différents.
b) Les volcans sous-marins
• Au fond des océans, la lave basaltique fluide est soumise à la pression de l'eau qui empêche la libération des gaz, donc les explosions (à 2 000 mètres de profondeur la pression est égale à 200 fois la pression atmosphérique).
• De plus, à la température de 2°C (température moyenne de l'eau au fond de l'océan), la lave se refroidit très vite. Le basalte prend alors la forme de « coussins » ou « d'oreillers » appelés pillow-lavas.
5. Les phénomènes associés au volcanisme
• Les fumerolles sont des jets de vapeur d'eau qui passent à travers des fissures situées aux alentours des cratères. Leur température est variable (12°C à 210°C). Les fumerolles sont riches en dioxyde de carbone et en hydrogène sulfuré. Au contact de l'air, le soufre cristallise et forme des dépôts jaunes.
• Les geysers sont des sources très chaudes, jaillissantes et intermittentes, riches en éléments chimiques dissous qui donnent des roches caractéristiques en se déposant autour des trous.
• L'hydrothermalisme est une manifestation liée à l'activité volcanique sous-marine. Des panaches d'eau très riches en éléments minéraux sont émis à très haute température (200 à 300°C). Ce sont les fumeurs noirs.
6. Les causes du volcanisme
Le volcanisme est principalement dû à la remontée de magmas provenant de niveaux différents de la lithosphère.
a) L'origine des magmas
Le magma peut prendre naissance en profondeur :
  • dans le manteau supérieur (c'est le cas du volcanisme océanique). Ce magma a une composition basaltique ;
  • au niveau des zones de subduction. Il se compose du produit de fusion de roches provenant de la croûte continentale et du manteau. Sa composition est alors andésitique ;
  • dans les continents, lors de la formation de chaînes de montagnes. Sa composition est alors celle du granite. Il peut donner des laves rhyolitiques.
b) La formation des magmas
• Les magmas sont formés de la fusion de roches présentes en profondeur. La fusion des matériaux résulte de l'augmentation de la température, de la présence d'eau (enfouie avec la plaque océanique) ainsi que de la décompression de la roche qui remonte vers la surface (la pression diminue quand on remonte).
• Pour expliquer la formation d'un magma par décompression, voici une observation facile à faire à l'aide d'un sac rempli de billes. Si l'on resserre bien les parois du sac, les billes ne bougent pas ; elles sont calées les unes contre les autres. Si l'on relâche la paroi du sac, les billes glissent, roulent et s'étalent. En profondeur, les roches sont soumises à la pression des couches supérieures et, même à très haute température, restent solides. Si la température augmente dans une zone, les roches se dilatent un peu et deviennent plus légères ; elles ont alors tendance à monter très lentement en poussant et en réchauffant les roches qui les entourent. Lorsqu'elles remontent, la pression qui s'exerce diminue jusqu'au moment où cette diminution est suffisante (comme pour les billes du sac) pour que certains minéraux commencent à fondre et donnent ainsi naissance à un magma.
c) La chambre magmatique
• Sous presque tous les grands volcans, à une profondeur variant entre 10 et 30 km, se trouve un réservoir de magma ou chambre magmatique. La durée de séjour du magma y est très variable. Une éruption volcanique correspond à une reprise de l'ascension du magma de cette chambre vers l'extérieur. Cette reprise peut être provoquée par une arrivée nouvelle de magma profond.
• Au cours du séjour dans le réservoir, le magma se refroidit très lentement ; une partie de la matière se solidifie et on observe la formation de gros cristaux ou phénocristaux des roches volcaniques. Si le refroidissement augmente, la partie cristallisée augmente et tombe au fond de la chambre magmatique. La partie toujours en fusion constitue un magma de composition chimique différente de celle d'origine (certains éléments chimiques ont disparu de la phase liquide du magma et se retrouvent dans les cristaux solides). Ce phénomène explique qu'un volcan peut émettre des laves différentes lors d'éruptions espacées dans le temps : la chambre magmatique se vide petit à petit, alors que la composition du magma change entre deux éruptions.
7. Les conséquences du volcanisme
a) Les ressources naturelles
• Certains minéraux (le soufre) et certaines roches (les scories) sont exploités pour l'industrie ou le bâtiment.
• Les cendres volcaniques fertilisent d'immenses régions, en particulier en Indonésie.
• En Islande, certaines maisons sont chauffées grâce à la présence de sources d'eau chaude.
b) Les modifications climatiques
• Certaines grandes éruptions explosives entraînent des modifications climatiques. Les gaz et les cendres peuvent séjourner plusieurs années à plus de 10 000 mètres d'altitude. L'ensemble forme un écran qui absorbe et réfléchit le rayonnement solaire et entraîne un refroidissement global.
• 1816 fut une année très froide et « sans été » en Europe et en Amérique du Nord à la suite de l'énorme éruption du Tambora en Indonésie en 1815. L'éruption du Pinatubo en 1991 a confirmé ces effets.
c) Les risques pour les populations
• Certaines éruptions sont marquées par des bilans très lourds en vies humaines perdues. Les connaissances géologiques actuelles permettent de reconstituer l'histoire de l'activité éruptive d'un volcan en datant les différentes coulées volcaniques.
• Grâce à ces connaissances, il est alors possible de prévoir le comportement du volcan. On établit les scénarios d'éruption les plus probables et une carte des risques ; on surveille la fréquence des séismes et les gonflements du sol sur le volcan et l'on met au point des plans d'évacuation.
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