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Earth of fire

Actualité volcanique, Article de fond sur étude de volcan, tectonique, récits et photos de voyage

Publié le par Bernard Duyck
Publié dans : #Excursions et voyages

La lave et l'eau ne "font pas bon ménage" , mais qu'en est-il de la cohabitation entre l'eau et le volcan hors phénomène éruptif  ? 

Nous parlerons cette semaine des lacs de cratères.

 

 

Les lacs de cratère sont intéressants tant par leurs côtés esthétiques, que par leur complexité géo-chimique, liés à leur formation et à l’évolution de l’activité volcanique.

 

Un lac de cratère est un lac qui se forme dans un cratère volcanique, une caldeira ou un maar.

La dépression due à ces formations géologiques se remplit grâce aux précipitations naturelles et crée un lac qui s’approfondit graduellement jusqu’à trouver un équilibre entre le taux de précipitation et ceux de l’évaporation et de l’absorption des sols, mais aussi parfois le débordement d’une des rives du lac. 

 

On distingue plusieurs types de lacs de cratère :

- Les lacs situés sur des volcans endormis ou inactifs ont souvent des eaux fraîches  et claires, grâce à l’absence de courants et de sédiments.


04.2012---2---Red-sism-nac.jpg

Costa Rica - Cohabitation au sommet du volcan Poas, entre un lac froid d'eau douce, le lac Botos (ou laguna del Fria) bleu foncé en haut à gauche, et un lac acide et chaud (la laguna Caliente) à l'avant-plan - photo Red Sismologica Nacional avril 2012.

 

- Les lacs acides se forment à partir d’un lac de cratère dans le cas où le volcan rejette en permanence des gaz volcaniques en quantité suffisante ; émis depuis les profondeurs du lac, ces gaz se dissolvent grâce à la pression de la colonne d’eau , ou si le dégazage est plus puissant, donnent des bulles remontant à la surface. Ces gaz sont émis au dessus du niveau des eaux sous forme de fumerolles ou solfatares parfois entourées de dépôts de soufre, comme au Kawah Ijen.

 

Kawah---Rick-Wezenaar.jpg                      Indonésie - le lac et la soufrière du Kawah Ijen - photo Rick Wezenaar.


 -  les lacs peuvent ne pas s’acidifier mais se charger en dioxyde de carbone, si les gaz volcaniques émis sont pauvres en H2S et SO2 .

Ces lacs sont susceptibles, en cas de perturbations, d’engendrer une éruption limnique, avec dégazage brutal du lac, comme au lac Nyos.

 

Nyos-29.08.86---USGS.jpg                                          Cameroun - le lac Nyos - photo USGS

 

Les lacs de cratère volcanique agissent à la fois comme des condenseurs chimiques et des calorimètres pour les gaz volcaniques et pour la chaleur libérée au sein de l’édifice volcanique actif (A. Bernard / ULB)

 

Un lac de cratère actif : un réacteur chimique.

Un lac de cratère actif fonctionne comme un réacteur chimique, en captant les gaz volatils émis par la chambre magmatique située en profondeur. La chimie du lac est affectée par les interaction entre les fluides et les roches, la dilution par les eaux météoriques, l'évaporation, le débordement, les déperditions ou le recyclage des eaux du lac dans le système hydrothermal en sub-surface.

 

Les déperditions dans le système hydrothermal sont nécessaires à un transfert efficace de chaleur et de produits chimiques entre le magma et le lac, vers la surface. C'est ainsi que les lacs de cratère volcaniques agissent comme d'énormes pièges chimiques et des condenseurs pour substances magmatiques volatiles  ... c'est une façon pour les volcanologues de paramétrer les flux de gaz et de chaleur originaire du magma en profondeur sur le long terme.

 

Lacmodel_s.jpg 

Modèle simplifié des échanges au niveau d'un lac de cratère en relation avec le dégazage passif du volcan - document ULB / Prof. Alain Bernard

 

Un lac de cratère : un échangeur thermique.

De nombreux lacs de cratère présentent une situation d'équilibre entre les apports et les déperditions de chaleur.

 

La "chaleur entrante" dérive de l'enthalpie (*) des fluides hydrothermaux entrants et se mélangeant aux eaux du lac (vapeur et saumure), et les radiations solaires et atmosphériques - flèches rouges.

La "chaleur sortante" est perdue par évaporation, conduction radiation vers l'atmosphère d'une part, d'autre part par un brassage avec les eaux météoriques (apports pluviaux) et les pertes par suintement et débordement. - flèches bleues.

 

Echanges-thermiques-lacs-de-cratere---ULB-A.Bernard.jpgLes échanges thermiques au niveau d'un lac de cratère volcanique - doc. from Brantley, Agustsdottir and Rowe 1993 / ULB - Prof. Alain Bernard

 

Les caractéristiques chimiques des lacs de cratère volcaniques :

 

Petit rappel de la composition des gaz magmatiques : ils sont principalement composés de vapeur d'eau, de dioxyde de carbone (CO2) et de divers autres gaz :  hydrogène (H2), dioxyde de soufre (SO2), hydrogène sufuré (H2S), gaz fluorés et chlorés (F -> HF; Cl -> HCl).

 

Dossier-32-9838.JPG                     Composition des gaz magmatiques  - Doc. Guide des volcans - Rossi & al.

 

caracteristiques-chimiques-des-lacs-cratere---ULB-A.Berna.JPG

Classification des lacs volcaniques en fonction de la concentration des anions.

ASC: lacs de type acide-sulfate-chlorure, NC: lacs de type neutre-chlorure et NB: lacs de type neutre-bicarbonate. - doc. ULB A. Bernard

Lacs de type ASC : Ta: Taal (Philippines) - So: Sorik Marapi (Indonésie) - Ku: Kusatsu (Japon) - Ka: Kaba (Indonésie) - An: Santa Ana (Salvador) - Ke: Kelimutu (Indonésie) - Ma: Maly Semiachik (Russie) - Ij: Ijen (Indonésie) - Po: Poàs (Costa Rica) - Ru: Ruapehu (Nouvelle-Zélande)

Lacs de type NC : Sv: Soufrière (St Vincent) - Qu: Quilotoa (Equateur) - Sa: Segara Anak (Indonésie)

Lacs de type NB : Ny: Nyos (Cameroun) - Mo: Monoun (Cameroun)

 

En fonction de la concentration en anions des eaux, la commission de l'IAVCEI les classe en trois catégories :

- les lacs de type acide - sulfate - chlorure (ASC) : ex. le Kawak Ijen ou le Poas. Ils résultent de la décharge directe des gaz magmatiques et ont un pH bas (acide).

- les lacs de type neutre - chlorure (NC) : ex. le lac du Quilotoa.

Ils sont le résultat de fluides provenant d'un système hydrothermal arrivé à un degré avancé de "maturité" c'est à dire où les fluides ont atteint un équilibre avec la roche encaissante et où l'acidité a été neutralisée.

- les lacs de type neutre - bicarbonate (NB) : comme le lac Nyos.

La contribution des gaz magmatiques acides dans ce dernier type de lac est actuellement inexistante. Ces lacs sont complètement dépourvus de sulfates et de chlorures mais contiennent une quantité importante de
CO2 dissous.

 

Utilité de l'étude des lacs de cratère :

L'étude des lacs volcaniques a permis d'acquérir une connaissance générale sur les caractéristiques chimiques et physiques des systèmes hydrothermaux.
La surveillance des lacs de cratère permet de détecter des changements qui peuvent survenir dans ce système hydrothermal ou au niveau du magma superficiel. Elle permet de prévenir et d'éviter les conséquences catastrophiques liées aux éruptions de ce type de volcan ... ceux-ci éjectent en effet au début de chaque éruption les volumes d'eau contenus dans leur lac de cratère en entraînant des lahars dévastateurs.


Lexique :

(*) : L’enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein : chauffer) est une fonction d'état extensive de la thermodynamique, dont la variation permet d'exprimer la quantité de chaleur mise en jeu pendant la transformation à pression constante (isobare) d'un système thermodynamique au cours de laquelle celui-ci reçoit ou fournit un travail mécanique.

 

Cette semaine :

petite revue de quelques lacs intéressants et photogéniques !

 

Sources :

- IAVCEI - Commission of volcanic lakes (CVL) - link

- ULB - Some fondamentals about crater lakes - Par le prof. Alain Bernard - 

- Guide des volcans - Rossi & al. - éd. Delachaux & Niestlé

- Volcanologie - JM. Bardintzeff - éd. Dunod

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