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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

 

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 coord  vortex2

 

 

 

 

 

 


                             


  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-est souffle 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 ci dessous de Geoff Mackley - 08.06.2000), 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.

 

   

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)

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.

 

Sources:

  - Vortex dynamics : the legacy of Helmholtz and Kelvin - by K. Moffatt  - link

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

 

D'autres Vortex naturels ou artificiels, esthétiques ou cataclysmiques :

 

 

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