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 : #Actualités volcaniques

 

etna 03 cpoie 2

"L'Etna fume la pipe"  - Smoke ring - avec l'aimable autorisation de Boris Behncke - INGV Catania.

 

 

Un phénomène essentiellement esthétique et par conséquent peu analysé par les volcanologues : les ronds de fumée émis par les volcans. Comme le disait poétiquement Haroun Tazieff, « le volcan fume la pipe ».


Pour obtenir un rond, il faut deux conditions initiales : de la fumée et une vitesse de départ.

Dans le cas d’un volcan, ce sont les fumerolles et l’air chaud ascendant qui sort du cratère. Mais tous les jets de fumée ne donnent pas des ronds … en observant le panache de vapeur/fumée qui sort d’une cocotte-minute, on n’observe aucun ronds de fumée. Un rond de fumée ne peut s’obtenir que si le jet est discontinu … conditions réunies lorsque la géométrie du conduit volcanique permet aux gaz et à la vapeur d’eau de s’échapper alors qu’il est en partie obstrué par un bouchon.

L'air expulsé au centre se déplace plus vite que l'air sortant de l'ouverture près de bord ... l'air sur les côtés est aspiré et un mouvement circulaire est créé : un vortex en forme d'anneau en résulte; sa forme se maintient en raison du mouvement de rotation de l'air qui circule dans le vortex.

Toroidal coordcigarette-smoke-rings 

                             Les mouvements de fluides dans un vortex toroidal


C’est à peu près le même mécanisme qu’on utilise pour faire les ronds de fumée en fumant.


L’anneau qui sort du conduit volcanique ne peut rester immobile, il est en mouvement permanent par rapport au fluide qui l’entoure. L’anneau ne peut « flotter » au dessus du cratère, il va s’en éloigner fatalement.

Cet anneau est éphémère : dans un milieu calme, en laboratoire, un anneau de fumée peut durer plusieurs heures ; les forces de contact entre les molécules maintiennent le système. Si de l’énergie est introduite dans le système, les forces cinétiques vont primer sur la viscosité et l’anneau va se détruire.

 

Stromboili---vent-sur-le-Pizzo---M.F.-SOL.jpgStromboli - un fort vent du nord-estsouffle sur le Pizzo, et les turbulences déforment et dissipent successivement les anneaux de fumée. - - avec l'aimable autorisation de M.Fulle / Stromboli On Line (SOL).

 

En milieu naturel, l’anneau se déplace en moyenne à une vitesse deux fois moins grande que la vitesse de l’air chaud ascendant du volcan. Cette vitesse est fonction de la circulation du fluide autour du cœur. Plus la vitesse est rapide, plus l’anneau se déplace vite. Elle dépend aussi du rayon de l’anneau : quand son rayon augmente, l’anneau ralentit … parce que chaque partie de l’anneau s’éloigne de celle d’en face qui lui communiquait sa vitesse.

La durée de vie de l’anneau dépendra de la stabilité de l’air … qu’un oiseau vienne à passer, un coup de vent brusque à se manifester, et la belle symétrie de l’anneau se verra perturbée ; un côté de celui-ci va tourner plus vite que l’autre et la dislocation deviendra inévitable.


Un beau sujet de thèse, qui nécessite de maitriser le domaine de la circulation des fluides, les ratios caractérisants l'émission gazeuse au moment du phénomène, et plus difficile la morphologie, la forme exacte de la cheminée du volcan; la chance est de plus un facteur clef pour multiplier les observations ... est-ce du domaine du possible ?


Ces anneaux se rencontrent sur des volcans connus : comme l’Etna (vidéo), le Stromboli, le Tungurahua (Equateur)... entre autres.

Ils sont souvent liés aux éruptions de type strombolien ... il serait intéressant de savoir si la formation des anneaux leur est inféodée, ou s'ils se manifestent aussi dans d'autres types d'éruptions.

 

    
vortex etna par Newtoon

 

Marco Fulle, de "Stromboli on line", en a fait divers clichés très instructifs en 2000 et 2002, tant sur le Stromboli que sur l'Etna.

 

etna-2000---Stromboli-on-line.jpg

Deux exemplaires de ronds de vapeur, produits le 01.06.200 par la Bocca Nuova de l'Etna après de nombreux cycles stromboliens - avec l'aimable autorisation de M.Fulle / SOL - un clic sur la photo vous mène vers sa page. ( 1 June 2000, 9:00, f=135mm from Torre Del Filosofo ).

 

Etna-25.05.2000---StOL.jpg

Close-up sur un anneau de vapeur, où M.Fulle nous détaille l'anneau comme formé de plusieurs tubes co-axiaux, avec perte du tube le plus externe (au centre bas) - - avec l'aimable autorisation de M.Fulle / SOL. (25 May 2000, 17:00, f=300mm from Torre Del Filosofo)

 

Entre le 2 et le 6 avril 2000, la Bocca Nuova a émis toutes les 10 minutes des ronds de fumée de 20 à plus de 50 mètres de large, s'élargissant jusqu'à 200 mètres, en dérivant de 5 à 15 minutes avant de se briser et de disparaitre. (Thorsten Boeckel)

of ay 5 - 15 minutes, before they break up and disappear.

 

vortex-volcano---Eyjafjallajokull-Steve-et-donna-O-Meara-0.jpg

                       Eruption  de l'Eyjafjallajökull 2010   - photo Steve & Donna O'Meara

 

Tungurahua-2639_mp-copie-1.jpg  Vortex émis par le Tungurahua / Equateur - photo Benjamin Bernard / IRD - 30.05.2010

 

Une tentative d'explication avec la théorie sur les vortex toroidaux (ou anneau tourbillonnant) : défini comme une région où un fluide en rotation se déplace au sein d'un fluide de même nature ou différent, en prenant une allure de "doughnut" - de beignet, une forme toroidale.

Le mouvement du fluide est autour de l'axe poloïdal ou circulaire de l'anneau, dans un mouvement tourbillonnaire de torsion.

Les vortex toroidaux furent analysés par un physicien allemand, Herman von Helmholtz, qui en fit un modèle mathématique en 1867..

 

Ces vortex , fluide dans fluide, sont illustrés par les ronds que produisent cartains fumeurs, par les volcans qui émettent des "smoke ring" ou des " steam ring"(ronds de fumée ou de vapeur), mais aussi dans le cas d'une interface eau/gaz respiratoires, comme ceux émis par les cétacés, tels  que dauphins et baleines. Dans la vidéo ci-dessous, on peut voir un dauphin émettre ce genre de vortex, puis jouer avec l'anneau ou le manger, ou encore un beluga en faire un avec la bouche ; les hommes peuvent aussi en générer ... lors d'explosions atomiques de bombes H.

 

   

 

Une explication dans "The supernatural world" par Don White - "les mystérieux anneaux d'argent des dauphins"  :

" Les anneaux d’argent sont des "anneaux de vortex à noyau d’air", et les spirales sont un phénomène similaire. D’invisibles vortex en rotation dans l’eau sont générés par le bout de l’aileron dorsal d’un dauphin quand il bouge rapidement et qu’il tourne. Selon Hans : "Etant instable, sans limite à proximité, la ligne du vortex tend à prendre une forme plus stable telle qu’une hélice. Quand le dauphin casse la ligne, les extrémités sont réunies en anneaux fermés. En raison de l’effet Bernouilli, le fluide à plus grande vitesse autour du noyau du vortex est à plus basse pression que le fluide qui circule au loin. L’air est injecté dans les anneaux via les bulles libérées de l’évent du dauphin." L’énergie du vortex d’eau est suffisante pour empêcher les bulles de s’élever pendant une durée raisonnablement longue, de l’ordre de 10 secondes. Il semble aussi qu’il y ait un mécanisme séparé pour produire de petits anneaux , ce qu’un dauphin peut accomplir d’une rapide chiquenaude de sa tête."

 

Sources:

  - Vortex dynamics : the legacy of Helmholtz and Kelvin

- Photos sur Stromboli on line : Etna 2000 - Etna 25.02.2000Stromboli 2002.

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Patricia 29/03/2011



Bonjour Bernard Duyck, c'est encore moi avec mes questions étranges. Voici un nouveau lien qui montre des phénomènes étranges. Selon vous qu'est-cela ? Du pétrole ? Un mini volcan ? Autre
chose ? dans le désert entre la Lybie et la Tunisie.


http://www.youtube.com/watch?v=GrtYI9RUI9w   



Patricia 29/03/2011



c'est vrai que l'on pourrait presque penser à un montage video ;)



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