LES VOLCANS

1/ DEFINITION

Un volcan est synonyme de catastrophe. De tout temps, l’homme a redouté les volcans qui fascinaient son esprit car personne ne peut rester indifférent devant la puissance majestueuse d'un volcan. C’est l’étude des éruptions volcaniques qui nous a permis d’apprendre le peu que nous savons de ce qui se passe sous la croûte terrestre.

Volcan ! Le simple fait de prononcer ce mot évoque aussitôt une image de destruction.
Si les volcans sont symboles de tragédies, leur activité est essentielle à notre survie. Sans eux, la Terre exploserait. Chaque volcan joue en quelque sorte le rôle de soupape.

2/L’ACTIVITE VOLCANIQUE

Les éruptions volcaniques fascinent et inquiètent, et leur énormité a longtemps effrayé les hommes. Le mot "volcan", dérivé de Vulcain, dieu du feu chez les Romains, évoque pour la plupart d'entre nous un édifice montagneux conique à sommet tronqué, creusé d'un entonnoir rempli de lave. Mais, les vulcanologues les voient tout autrement. Le terme "volcan" désigne en fait tous les systèmes naturels complexes par lesquels s'épanchent à la surface du sol des matériaux provenant des zones internes du globe. Mais, d'où viennent les volcans? De quoi sont-ils fait? Quelles sont les conséquences d'une éruption volcanique?

Dans le cadre de mon cours de sciences physique en secondaire IV, j'ai fait une recherche sur ce sujet. J'étais loin de me douter que ce sujet était autant passionnant! Voilà pourquoi j'ai décidé de partager mes découvertes avec vous, par le moyen de communication par excellence: le Net. Nous verrons alors les réponses à toutes les questions mentionnées ci-haut.

Les mots en italique sont définis dans le glossaire.

Je voudrais aussi remercier spécialement Mélanie Tremblay, étudiante en géologie à l'Université du Québec à Chicoutimi, pour ses conseils et informations.

3/ Le fonctionnement d'un volcan

   De quoi est fait un volcan? Trois éléments sont essentiels: du magma, une chambre magmatique et des composants volatiles. Le magma est produit par une source profonde, dans le manteau terrestre, à des profondeurs dépassant parfois cent kilomètres, ou encore dans la croûte terrestre portée à haute température. Plusieurs volcans sont situés au dessus d'un courant ascendant d'origine convective qui fait remonter des roches et les décomprime. Comme la température de fusion décroît avec la pression, les roches en profondeur dans la croûte se mettent à fondre. Plus léger que les roches qui l'entourent, le magma s'en extrait et monte vers la surface sous l'effet de la poussée d'Archimède.

   Mais, au voisinage de la surface, les roches "encaissantes" se font moins denses et la force d'Archimède ne suffit plus au magma pour monter. Il stagne et se rassemble dans un réservoir, la chambre magmatique. Celle-ci joue un rôle fondamental. Le débit d'une éruption volcanique est bien plus grand que le "système de plomberie" profond qui amène le magma vers la surface. Une éruption n'est donc possible que si une quantité suffisante de magma s'est accumulée dans une chambre, ce qui représente parfois plus de 100 km³ de magma.

   Mais, pour quelles raisons une éruption se déclenche-t-elle? Elle est, en général, provoquée par la mise sous pression de la chambre magmatique. Elle se gonfle progressivement jusqu'à ce que le seuil de rupture de ses parois soit atteint: c'est le début de l'ascension du magma vers la surface. La mise sous pression de la chambre peut se produire simplement par l'arrivée de nouveau magma en provenance de la source profonde, elle même activée par des mouvements plus profonds. Mais, cette augmentation de la pression peut aussi être due à l'évolution du magma lui-même. Quand le magma se refroidit et cristallise, les éléments volatils qu'il contient s'en échappent, mais ne trouvent pas de minéraux "hôtes". Leur concentration augmente donc progressivement dans le liquide résiduel (magma non cristallisé). Lorsque le seuil de solubilité des gaz dans le magma est dépassé, le volume du mélange liquide et gaz augmente. Ce faisant, les parois de la chambre se déforment, changeant la pression interne.

   Puisque l'évolution du système est déterminé par le refroidissement, dont les lois sont connues, il est possible de proposer un modèle théorique pour ce mécanisme. La chaleur se perd par convection à un taux qui dépend de la viscosité du magma. La prédiction la plus simple est donc qu'un réservoir de magma fluide évolue plus rapidement qu'un réservoir de magma visqueux. Le clacul prédit qu'il faudra quelques années dans le premier, mais quelques siècles dans le second! Durant ces périodes, on dit que le volcan est éteint, mais on ne peut jamais affirmer que cet état soit définitif.

   L'augmentation de pression dans la chambre magmatique, liée à l'arrivée de nouveau magma ou au dégazage de celui déjà présent, est susceptible de provoquer une éruption volcanique. Celle-ci a un caractère calme si la lave (magma) s'écoule librement de la bouche d'émission (cratère), ou violent si elle s'accompagne d'explosions rejetant dans l'atmosphère gaz et matériaux divers (voir "Matériaux rejetés"). Les gaz accumulés dans la chambre magmatique jouent un rôle important dans ces explosions. Ces gaz, accumulés sous des pressions énormes, sont prisonniers du magma. Lors de la remontée de la lave dans la cheminée (voir dessin), les gaz s'échappent brusquement dans l'air, projetant lave et matériaux solides (voir "Matériaux rejetés").

4/Matériaux rejetés

   Différents matériaux sont rejetés lors d'une éruption, qu'ils soient solides, liquides ou gazeux. Les voici plus en détails.

Les liquides

   Les produits liquides plus ou moins visqueux, ou lave, s'échappent en coulées de la bouche d'émission à des températures variant de 600 à 1200 °C. La vistesse d'écoulement et la pente du volcan dépendent de la viscosité du magma. La vitesse est généralement de quelques kilomètres par heure. Mais, exceptionnellement, on a pu relever des vitesses de 50 km/h.

   La lave est composée, du point de vue chimique, d'oxyde de silicium (silice), de silicate de sodium, de calcium, de fer, de magnésium et autres. Sa fluidité au moment de l'émission dépend de la proportion de gaz qui s'y trouve, de sa température, mais surtout de sa composition chimique. On distingue ainsi les laves fluides et visqueuses.

   Les premières, pauvres en silice, s'écoulent en nappes de grande étendue lorsque la forme du terrain le permet et forment des volcans larges à la base avec une pente douce. La suface de ces nappes présente parfois un aspect particulier: au moment de l'éruption, une mince couche superficielle s'est solidifiée. Au-dessous, la lave a continué à s'écouler et la pellicule solide s'est alors ridée; on parle alors de lave cordée. Et, comme ces laves sont liquides, les gaz ne restent pas "emprisonnés"; donc, les laves fluides sont souvent pauvres en gaz.

   Les laves visqueuses, plus riches en silice, se répandent en coulées épaisses et courtes, dont la surface, souvent irrégulière, est hérissée de pics et d'aiguilles. Parfois, les laves de grande viscosité s'accumulent au-dessus de la cheminée du volcan et forment des pitons. Et comme elles sont visqueuses et que les liaisons chimiques de la silice sont solides, elles "emprisonnent" les gaz, ce qui cause de nombreuses explosions lors de l'éruption.

   De plus, lorsque le magma est visqueux, certains fluides restent "pris" dans la lave, ce qui peut la rendre un peu moins visqueuse, malgré la proportion de silice.

Les solides

   Les projections solides, ou pyroclastiques, sont des matériaux lancés dans l'atmosphère par des explosions. Leur nature est variable; ils proviennent de la lave solidifiée ou sont arrachés aux parois de la cheminée et au cratère par la montée du magma. On les classe selon leurs dimensions. Les blocs et les bombes sont les éléments les plus gros. Les blocs, anguleux, sont projetés à l'état solide. Les bombes sont des lambeaux de magma rejetés à l'état plus ou moins pâteux, se solidifiant dans les airs ou sur le sol. Les blocs et les bombes mesurent de 30 cm à parfois 2 mètres et même plus. Les scories sont des morceaux de lave déchiquetés, de 5 cm à 30 cm de diamètre. Les lapillis correspondent à de petits fragments de lave de 3 mm à 5 cm de diamètre. Les cendres, constituées des éléments les plus fins, sont si légères qu'elles peuvent rester très longtemps en suspension dans l'atmosphère et être entraînées très loin du lieu de l'éruption. Certaines ont même fait plusieurs fois le tour de la Terre! Tous ces produits de projection participent à l'édification du cône volcanique.

Les gaz

   Les émanations de gaz se produisent pendant les phases d'éruption qui débutent par la formation de colonnes de fumée. Mais, au cours de périodes d'accalmie, on observe souvent des dégagements gazeux appelés "fumerolles". Les masses de gaz libérés par les activités volcaniques sont assez importantes. Parmi les composants les plus fréquents, on retrouve l'eau, l'hydrogène, l'azote, le chlore, le monoxyde de carbone, les chlorures de sodium et de potassium sublimés. L'acide chlorhydrique, l'anhydride sulfureux et le gaz carbonique s'échappent surtout quand l'éruption diminue. L'ammoniaque, l'hydrogène sulfuré, le carbonate d'ammonium sont émis vers la fin de l'éruption. Finalement, on appelle "mofettes" les fumerolles formées essentiellement de gaz carbonique. Elles s'échappent par des fissures dans le sol, parfois situées assez loin du volcan lui-même.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

Rejet de gaz et de cendres par le Mont Ste-Hélène, au USA

5/ Types de volcans

La morphologie des volcans est complexe; elle est la conséquence des diverses éruptions qui se sont succédées dans le temps, lesquelles dépendent des caractéristiques du magma, fluide ou visqueux, et de la forme de la cheminée. On a quand même pu distinguer 4 principaux types de volcans: hawaiien, strombolien, vulcanien et péléen.

Type hawaiien

   Dans ce type de volcan, l'essentiel de l'activité se réduit pratiquement à l'émission de coulées de lave très fluide, relativement pauvre en gaz. Les explosions sont peu fréquentes et s'accompagnent de rares projectiles. Les laves coulent dans de nombreuses directions et s'empilent en nappes de centaines de kilomètres de circonférence. Comme le nom l'indique, ce type est surtout présent dans les Iles Hawaii, c'est-à-dire le Mauna-Loa et le Kilauea. Des volcans semblables sont aussi présents en Islande, mais leurs dimensions sont beaucoup plus modestes.

Type strombolien

   Ce type de volcan se caractérise par des laves un peu moins fluides que le type précédent. Cette viscosité plus élevée cause l'accumulation de gaz sous pression. Des explosions parfois assez violentes projettent divers matériaux solides dont les couches alternent avec quelques coulées de lave solidifiée. Le cône volcanique, dont la pente atteint 30 à 45°, s'exhausse lentement et se trouve sillonné de ravines où s'épanche le magma en fusion.

Type vulcanien

   Des éruptions très violentes avec des explosions de gaz entraînant d'assez grandes quantités de matériaux solides caractérisent ce type de volcans. Les laves sont très visqueuses, causant de grandes accumulations de gaz sous-pression. Souvent, après une période d'activité, la cheminée est bouchée par une croûte de lave durcie, sous laquelle s'accumulent gaz et lave. Parfois, le magma trouve une issue par des cheminées adventives mais, le plus souvent, une violente explosion fait sauter l'ancien cratère, créant ainsi une vaste dépression (appelée "caldeira") où s'édifie un nouvel appareil. Cette dépression peut aussi être causée par l'effondrement de la chambre magmatique, suite à une diminution de la pression dans celle-ci.

Type péléen

   L'origine de ce nom est due à l'éruption de la montagne Pelée en 1902, en Martinique. Cette catastrophe débuta par l'apparition brutale d'une nuée ardente, énorme masse de gaz surchauffés et de cendres, échappée d'une fissure ouverte sur le flanc du volcan. Il se produisit alors une explosion d'une violence inouïe. En quelques minutes, la ville de St-Pierre fut anéantie avec ses 30 000 habitants. Après l'éruption, la lave très visqueuse forma un dôme au-dessus du cratère, dôme sur lequel d'éleva une sorte d'obélisque. Ce dernier atteignit 476 mètres de haut avant de s'écrouler peu à peu, ruiné par l'érosion. Les édifices rocheux correspondant à ce type sont surtout formés de produits solides mélangés à des fragments de roches arrachés aux parois de la cheminée.

6/Conséquences d'une éruption

   Lorsqu'on voit des images d'une éruption volcanique, on voit aussi des forêts, des villes et des villages détruits, brûlés, ensevelis par la lave ou les cendres. Des centaines de personnes et des milliers d'animaux sont tués dans certaines éruptions. Mais, les gens cherchent souvent à construire leur habitation à proximité d'une zone volcanique, active ou non. Pourquoi le font-ils? C'est que les volcans apportent beaucoup de problèmes, mais aussi des avantages. Premièrement, la lave, rejetée en grande quantité, contient beaucoup de minéraux (comme le potassium, le calcium et le fer), des sels et autres (azote, eau). Ces substances sont essentielles à la croissance des plantes. Donc, les zones volcaniques sont des terres très fertiles, propices à l'agriculture. Le problème, c'est que lorsqu'une éruption se produit, tout est anéanti...

   De plus, croyez-le ou non, on se sert des volcans comme système de chauffage. À certains endroits, les gens ont trouvé le moyen de rendre les mofettes et fumerolles utiles. Lorsqu'elles s'échappent à une certaine distance du volcan, on installe un système de tuyaux qui récupère les gaz. Ceux-ci, qui sont très chauds, sont soit accumulés pour usages ultérieurs, ou utilisés directement pour réchauffer l'eau et la maison. C'est la preuve qu'on peut toujours se débrouiller avec ce qu'on a!

Une ville envahie par la lave de l'Eldfell, en Islande

7/Conclusion

   Si les volcans sont souvent un mystère total pour le commun des mortels, les scientifiques éclaircissent leurs secrets un peu plus chaque jour. Peut-être pourront-ils un jour éviter toutes les mauvaises surprises des éruptions. Mais d'ici-là, nous continuerons à observer les volcans avec émerveillement et crainte à la fois, comme le faisaient nos ancêtres. Pas étonnant que certains les prenaient pour des dieux!

Un merveilleux portrait: la neige et les gaz brûlants réunis...