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Périodiquement durant l'histoire de la Terre, de vastes volumes de laves basaltiques se sont répandus sur les continents ou épanchés au fond des bassins océaniques.

                 Position des LIP's Continentales et océaniques - date de leurs formations.

Les exemples célèbres des "Grandes Provinces Ignées" ou  "LIP's" (Larges Igneous Provinces), mises en place lors de ces gigantesques épisodes volcaniques, sont  

1. sur terre :

- les grands empilements continentaux de laves basaltiques (trapps) du Deccan en Inde,

- les empilements de Karoo en Afrique du sud,

- le plateau basaltique de Columbia river en Amérique du Nord

- les trapps de Sibérie en Russie

- les trapps d’Ethiopie

- le CAMP : la Province magmatique centre Atlantique.

2. et les plateaux océaniques d'Ontong Java, Kerguelen et des Caraïbes.

Certains LIP’s sont encore intact, comme les trapps du Deccan, d’autres ont été démembré par les mouvements des plaques tectoniques, e.a. le CAMP dont on retrouve des parts au Brésil, ou en Afrique (Maroc).

Coupe dans des coulées basaltiques témoins du CAMP en Afrique - moyen Atlas au Maroc - photo Marzoli.

Le CAMP consiste en vastes épanchements basaltiques produit durant le rifting et la dislocation de la Pangée durant le Mésozoïque ; la dislocation primordiale eut lieu au début du Jurassique  avec une série de dykes, sills et coulées basaltiques sur une vaste superficie actuellement située sous le centre de l’océan nord Atlantique.

Par contraste avec la tectonique des plaques qui opère de façon continue et à l'échelle globale, la formation des Grandes Provinces Ignées est épisodique et localisées dans des régions particulières. Elles sont une manifestation d'un processus dynamique superposée au cycle de formation et destruction de la croûte océanique, et représentent un autre mode de fonctionnement du système convectif de la Terre, peut-être alternatif.

Les études géochronologiques ont démontré que les provinces concernées par l’inondation basaltique se sont formées en un temps assez court, de l’ordre d’un million d’années. Le ratio de production de telles quantités de magma au cours d’un intervalle de temps réduit implique un mécanisme autre que celui de rifting passif. D’autres modèles impliquent un panache mantellique apportant des matériaux en fusion depuis la frontière entre le cœur et le manteau, ou un reflux du manteau supérieur dans des zones où l’épaisseur de la plaque varie fortement.

Ni la phase d’activité initiale qui a produit les LIP’s (la tête du panache – plume head) , ni l’activité volcanique subséquente qui a produit des chaînes d’îles et les dorsales dans les bassins océaniques (la queue du panache – plume tail) ne peuvent être mis en ralation avec le cycle standard de « formation-action-destruction » décrit par la théorie de la tectonique des plaques.

Durant les périodes régies par le modèle de Wilson ( cycle des roches base sur la tectonique des plaques) , le concept tectonique avec ouverture et fermeture des océans, et convection mantellique avec des manteaux supérieur et inférieur séparés prévaut. Les panaches sont issus de façon prédominante de la base du manteau supérieur et la croissance des continenets est dominée par l’accrétion.

                 Cycle des roches - Légende ds. le sens inverse des aiguilles : 1 = magma; 2 = solidification/cristallisation; 3 = roches magmatiques et volcaniques; 4 = érosion; 5 = sédimentation; 6 = roches sédimentaires; 7 = subsidence et métamorphisme; 8 = roches métamorphiques; 9 = fusion. - Doc. Wondloper / ZeWrestler.

J.Tuzo Wilson développa sa théorie , appelée cycle de Wilson, durant les années 1950-1960

                      after Stein et Hoffman / Mantle plume and episodal crustal grouwth.

Par contre durant les périodes régies par le modèle MOMO

(Mantle overturn – major orogeny ; renversement du manteau et mécanisme de construction des montagnes - *), des accumulations de matériaux « froids » descendent depuis la zone des 660 km. en direction du manteau inférieur, tandis que des panaches multiples montent depuis la frontière cœur/manteau pour former les grandes provinces ignées à la surface, créant ainsi un retournement/boulversement majeur.

Comparaison entre les datations des extinctions de masse et les différentes LIP's. - Doc. White & Saunders 2005.

Bien que non explosifs, les gaz et la poussière libérés par une telle éruption ont eu un impact climatique équivalent aux éruptions de niveau 8  - éruption qualifiant les « supervolcans ». Ces inondations basaltiques, significativement assez importantes pour former ces vastes provinces ignées, ont été soupçonnées d'être la ou du moins une des causes des extinctions de masse du passé, dont les extinctions ultra-massives (extinction du Permien - 250 Ma) qui ont tué la majorité des espèces vivantes de l'époque ainsi que la plus connue bien que plus petite, extinction du Crétacé, qui a vu disparaître la plupart des dinosaures.

On ne peut s’imaginer la magnitude de tels évènements : le plateau Java Ontong dans le Pacifique ouest, est constitué de plus de 50 millions de kilomètres cubes de produits volcaniques et roches plutoniques, qui forment un plateau d’une épaisseur de 30 km. sur une surface équivalente à celle du tiers de l’australie. En comparaison, l’éruption du Laki en Islande a produit des flots de basalte représentant seulement 1% du volume de celui d’une province ignée typique… avec comme corrélatif la mort de 75% du cheptel et 25% de la population islandaise, sans compter l’influence sur le climat et la population de toute l’Europe occidentale.

Place des grandes provinces ignées  parmi les provinces géologiques du monde - doc. USGS.

Dans les jours suivants, examens des différentes grandes provinces ignées.

(*) Orogeny – orogenèse = termes venant du grec oros – montagne et genesis- création, origine., qualifiant le mécanisme par lequel se sont construits les montagnes sur les continents.

Sources :

- Large igneous provinces -  by Millard F. Coffin, Institute for Geophysics. The University of Texas at Austin, 4412 Spicewood Springs Rd., Austin, Texas.

- Que sont les grandes provinces ignées ? - CNRS / INSU

- A plate tectonic rock cycle - Fichter, Lynn S. 1996

Une éruption volcanique est un des plus envoûtant spectacle auquel on peut assister, c’est aussi un des phénomènes les plus destructeurs parmi ceux qui frappent notre planète.

Le 20° siècle a été ponctué d’éruptions destructrices qui ont coûté le vie à des dizaines de milliers de personnes et qui ont dévasté des régions entières.

Quelques dates : (liste non limitative)

- La Martinique, éruption de la Montagne Pelée en 1902 – 28.000 morts.

- Papouasie – Nouvelle-Guinée - Mont Lamington en 1951.

- Costa-Rica – éruption de l’Arenal en 1968 - 78 tués.

- USA – éruption du St Helens en 1980.

- Mexique – El Chichon en 1982 - 2.500 morts.

- Colombie – Nevado del Ruiz  en 1985 – 22.000 morts.

- Papouasie – Nouvelle-Guinée – Rabaul en 1995-97.

- Montserrat – Soufrière Hills en 1995-en cours.

               Montserrat - Plymouth sous Soufrière Hills - photo R.P.Hobblitt / USGS.

Le nombre total de décès au cours du siècle survenus à la suite d’éruptions volcaniques se chiffre à 75.000.

Comment quantifier le risque volcanique ?

Un risque, quel qu’il soit, dépend directement de l’intensité et de la fréquence du phénomène envisagé. Le risque correspond à la perte potentielle dans une zone sujette à l’aléa …

                       Risque = aléa x valeur x vulnérabilité .

Cette équation appliquée au volcanisme nous fait définir le risque volcanique comme la menace qui existe quand le volcan n'est pas encore réveillé ou n'est pas encore entré en activité. Par exemple, quand un volcan actif se trouve à proximité d'une zone habitée, on étudie les risques courus par les habitants afin d'éviter qu'ils se produisent. On surveille tout le temps le volcan parce qu'on sait que l'éruption peut mettre la vie des habitants en danger. Pour résumer, on peut dire que le risque volcanique, c'est ce qui peut arriver, mais qu'on peut éviter ou limiter.

On parle d’aléa pour décrire les conséquences. Ici, l’éruption a eu lieu et a provoqué des dégâts. Les aléas des volcans sont très nombreux. On a, par exemple, les pluies de cendres, des émissions de gaz toxiques, des coulées de lave incandescentes, etc. Les aléas ne peuvent pas être évités si on n’a pas étudié et prévenu les risques au préalable.

La notion de valeur peut s’exprimer par le nombre de vies humaines, l’ensemble des biens mobiliers et immobiliers et les capacités de production exposés … auxquels il faut ajouter le préjudice psychologique.

La vulnérabilité est la possibilité d'endommagement partiel ou total.

La notion de risque intervient à plusieurs niveaux :

-  au moment de l’éruption et directement à cause de celle-ci

-  lors de phénomènes induits : on parle de risques secondaires, tels que lahars ou tsunamis.

-  des causes liées à l’occupation et aux activités humaines peuvent faire varier les bilans : incendie, famine, modification des équilibres écologiques. Un exemple avec l’éruption du Santa Maria en 1902 : à la suite de la mort de nombreux oiseaux, les moustiques, sans prédateurs, ont proliféré, causant une épidémie grave de malaria, qui a tué plus de personnes que l’éruption elle-même.

                   Doc. extrait de Futura Sciences - Le volcanisme de A à Z.

L’examen de ces diagrammes nous fait constater une diminution des risques de famine, suite à de meilleures pratiques agricoles et à l’internationalisation des échanges. Par contre, les risques liés aux nuées ardentes et lahars sont en augmentation, lié à la présence humaine plus forte à proximité des volcans

Le risque volcanique « moderne » doit donc tenir compte de l’urbanisation de plus en plus forte à proximité d’un volcan.

Quelques grandes villes vivent sous la menace directe d’un volcan : Seattle, aux USA, vit sous la menace de lahars générés par le Mt Rainier ; Quito, capitale de l’Equateur, est proche de 3 volcans : le Cotopaxi, le Guagua Pichincha et le Pululagua ; Kagoshima est situé au pied du turbulent Sakura-Jima.

Dans l’Union Européenne, il y a plusieurs volcans qui peuvent menacer directement les habitants de certaines régions et être la cause de problèmes socio-économiques sérieux.

Le Vésuve dominant l'agglomération napolitaine - wallpaper Nat Géo / Photo Robert Clark.

Parmi les pays menacés, l’Italie est sans aucun doute le plus exposé aux risques volcaniques. Le Vésuve, aux abords de la grande cité de Naples est probablement l’un des volcans les plus potentiellement dangereux du Monde avec une population d’environ 600.000 personnes qui devraient être évacuées avant une future éruption et plus d’un million d’autres qui pourraient être soumises aux impacts des retombées de cendres volcaniques. Depuis la célèbre éruption de l’an 79 qui a détruit notamment les villes de Pompeii et Herculanum, le Vésuve a connu plusieurs autres éruptions catastrophiques de grande ampleur. L’absence d’activité depuis sa dernière éruption en 1944 et le fait que le cratère actuel soit obstrué par un bouchon de lave, créent des conditions qui peuvent favoriser une prochaine éruption explosive majeure. De la même manière, la zone volcanique des Champs Phlégréens, au Nord de Naples, compte environ 500.000 habitants qui sont potentiellement menacés en cas de reprise d’activité éruptive.

Plus au Sud, en Sicile, l’Etna connaît de fréquentes éruptions souvent effusives, mais il a été prouvé récemment que même une activité explosive de basse énergie peut causer des problèmes importants pour les communications, les infrastructures et l’économie de la région.

Vulcano - Iles Eoliennes - toute la zone sous le cône de La Fossa s'est peuplée depuis la dernière éruption - © Bernard Duyck

Sur les îles voisines de l’archipel des Eoliennes, une reprise d’activité éruptive violente deVulcano, en sommeil depuis 1888-89, aurait également des répercussions importantes sur l’île qui s’est urbanisée de façon anarchique et même sur toute la région. Le Stromboli, quant à lui, bien qu’en activité permanente depuis plusieurs siècles, peut de temps en temps montrer une forme d’activité plus violente, et perturber la vie de ses habitants et des nombreux visiteurs.

                        Carte des risques de l'île de Ténérife - sous la menace du Teide.

L’archipel des Açores (Portugal) comprend 9 îles volcaniques. La capitale, Ponta Delgada se trouve sur la plus grande d’entre-elles, Sao Miguel. La ville qui compte 75 000 habitants se situe à environ 15 km de la caldeira de Siete Cidades et à quelques dizaines de kilomètres des autres volcans actifs de l’île, le Fogo et le Furnas.

L’archipel volcanique des Canaries (Espagne) est également une zone où une éruption peut se produire. Notamment, sur l’île de Tenerife, le Pic de Teide (3 718 m) est à lui seul un danger potentiel important pour les populations alentour et les millions de touristes qui visitent l’île chaque année. Une éruption, même minime initialement, et dont l’évolution demeurerait incertaine, pourrait être désastreuse pour l’industrie touristique très développée sur Tenerife.

La même chose en Grèce, où Nysiros et Santorin témoignent d’une activité volcanique fumerollienne. La dernière activité sur Santorin – Nea Kameini – date de 1950.

Carte de localisation du nuage de cendres de l'Eyjafjallajôkull à une altitude de 6.000 mètres, et du trafic aérien relégué dans une zone sud 'avions jaunes) - Der Spiegel 16.04.2010

En Islande, une île essentiellement volcanique, de nombreux volcans ont été actifs au cours de l’histoire passée et récente. L’éruption du Laki en 1783 a été à l’origine de l’une des plus grandes catastrophes, avec des répercussions importantes sur le climat du continent européen, y compris sur le climat social, les dégradations climatiques ayant même entraîné des famines.
Plus près de nous, l’éruption en 2010 de l’Eyjafjallajôkull  a fortement perturbé le trafic aérien et prouvé la fragilité de notre mode de vie basé sur des échanges humains et commerciaux « en flux tendu ».

  Le Puit de Dôme dans un paysage verdoyant et calme - photo C. Da Costa / L'Internaute.

Voilà pour les volcans européens actifs au 20° siècle, mais il ne faut pas oublier les zones volcaniques actives à l’holocène, aire « récente d’un point de vue géologique » :  en Allemagne , où les dernières éruptions datent d’environ 11.000 ans pour le maar du Laaacher See et 10.000 ans pour le plus récent : l’Ulmener ; en Espagne, avec la zone quaternaire d’Olot active il y a  11.500+/- 1.100 ans ; et la France, où les dernières manifestations volcaniques dans le massif central sont datées d'à peine 5.000 ans.

Sources :

- Volcanologie – Jacques-Marie Bardontzeff – éd. Dunod

- Guide des volcans – M.Rosi & al. – éd. Delachaux et Niestlé

- Guide des volcans d'Europe et des Canaries - M.Krafft et de Larouzière - éd. Delachaux et Niestlé.

- Les risque volcaniques en Europe - Henry Gaudru, conseiller scientifique auprès des Nations-Unies pour la réduction des risques volcaniques SVE-UNISDR, commisssion internationale cities and volcanoes (IAVCEI)

- Futura sciences - le volcanisme de A à Z

Le terme tsunami (津波, tsunami) est un mot japonais composé de tsu (津, tsu), « port », « gué », et de nami (波, nami), « vague» ; il signifie littéralement « vague portuaire ». Elle fut nommée ainsi par les pêcheurs qui, n'ayant rien perçu d'anormal au large, retrouvaient leur ville portuaire ravagée.

Un excellent document mis en ligne par l'INGV le 28.01.2011 :

Un tsunami est créé lorsqu'une grande masse d'eau est déplacée, lors de phénomènes éruptifs ou tectoniques :

Il peut être provoqué par une éruption explosive, qui se déclenche près des côtes, comme c’est le cas d’éruption sur une île ou encore d’éruption sous-marine, avec une modification brusque de la topographie locale et production de vagues de grande ampleur.

Cela peut être aussi le cas lors d'un séisme important, d'une magnitude de 6.3 (valeur "seuil" d'après les catalogues de tsunamis disponibles: NOAA, catalogue de Novosibirsk, etc) ou plus, lorsque le niveau du plancher océanique le long d'une faille s'abaisse ou s'élève brutalement, lors d'un glissement de terrain côtier ou sous-marin, plus rarement lors d'un impact par un astéroïde ou une comète.

Un fort séisme ne produit pas nécessairement un tsunami : tout dépend de la manière (vitesse, surface, etc) avec laquelle la topographie sous-marine (bathymétrie) évolue aux alentours de la faille et transmet la déformation à la colonne d'eau sus-jacente.

      En approchant des côtes, la profondeur d'eau, la vitesse de la vague et la longueur de l'onde se modifient  - doc. Globalsecurity.

                                                         Doc. AC-Clermont.fr / SVT

Le mouvement de l'eau provoque un mouvement de grande longueur d’onde (généralement quelques centaines de kilomètres) et de grande période (quelques minutes dans le cas d'un glissement de terrain à quelques dizaines de minutes dans le cas d'un séisme).

Certains tsunamis sont capables de se propager sur des distances de plusieurs milliers de kilomètres et d'atteindre l'ensemble des côtes d'un océan en moins d'une journée. Ces tsunamis de grande étendue sont généralement d'origine tectonique, car les glissements de terrain et les explosions volcaniques produisent généralement des ondes de plus courte longueur d'onde qui se dissipent rapidement.

Une carte de risques a été établie, montrant la corrélation avec les zones de séismes sous-marins, les zones de subduction et partant les chaines volcaniques associées. A noter : toute la Méditerannée et la France, sont en zone de risque "modéré".

Quelques exemples liés aux éruptions :

L’éruption du Santorin en mer Egée, datée de 1645 avant JC. a réduit l’île du même nom à un anneau fragmenté autour d’une caldeira elliptique de 8 km. sur 5 et profonde de 600 mètres. Les produits de l’éruption ont recouvert la Grèce, la Crête et toute la mer Egée, des cendres atteignant l’Egypte … le volume émis est estimé à 100 km³. La mer a rempli la gigantesque dépression creusée par l’éruption pour former dans un deuxième temps un raz de marée, un tsunami qui a atteint la Crête, île distante de 120 km. La hauteur de la vague était de 200 mètres, comme en témoigne les niveaux de ponces flottées retrouvées sur des îles avoisinantes. Ce tsunami aurait pu être la cause de la soudaine disparition de la civilisation minoenne, à l’origine de la légende de l’Atlantide rapportée par Platon.

Un autre exemple souvent évoqué est l’éruption en août 1883 du Krakatau, situé sur une île du détroit de La Sonde entre Java et Sumatra. Cette éruption a été interprétée par divers scientifiques qui lui reconnaissent trois phases successives : 1. une éruption plinienne – 2. un tsunami majeur accompagné d’une onde acoustique – 3. une éruption ignimbritique.

Au total, cette éruption a fait 36.147 victimes ; les vagues engendrées par l’éruption ont traversé le Pacifique et l’Atlantique, pour ce faire détecter par les enregistreurs de marée dans le Golfe de Gascogne, situé à 17.000 km de l’île de Krakatau. Pour l’anecdote, on retrouva le Berouw, un bateau à vapeur, à 2.500 mètres à l’intérieur des terres.

           Dommages proximaux et zones concernées par l'éruption du Krakatau en 1883.

Un cas de tsunami  "interne" : durant l’éruption du St Helens en 1980, l’avalanche de débris se précipitant dans le Spirit Lake a généré une vague de 260m. de hauteur et relevé le niveau du lac de 60 mètres.

Le cône éventré du St Helens et le Sprit Lake recouvert de troncs - photo prise par Swisseduc / Stromboli on line en 88, huit ans après l'éruption -  avec l'aimable autorisation de Marco Fulle.

Des tsunamis liés à la tectonique :

Les tsunamis liés à des évènements tectoniques en 2010 :

Chili 27.02 - Sumatra 06.04 - Mentawai 25.10 - Izu-Bonin islands 21.12.

L’important séisme, qui a frappé le Chili en février 2010, a engendré un tsunami qui a fait plus de 500 morts au Chili lui-même et a touché l’ensemble des côtes atlantiques.

Carte prévisionnelle d'amplitude (en cm.) de tsunami après le séisme de M 8,8 sur le Chili le 27 février 2010 - Doc. NOAA - US.

Trente minutes après la première secousse, le tsunami consécutif a touché Constitucion et Valparaiso, où fut constatée une amplitude de 2,6 mètres. L'archipel Juan Fernandez (île Robinson Crusoe) fut atteint par une vague importante et on y dénombra 4 morts; L'île de Pâques, située à 3510 km, où une évacuation partielle avait été ordonnée, ne fut par contre touchée que par une vague de 35 cm. à 12h.05.

Parmi les plus meurtriers, le tsunami consécutif au séisme majeur qui toucha Sumatra en 2004 : ce tsunami tua plus de 200.000 personnes dont beaucoup ne purent être retrouvées ou identifiées. Il toucha tout l’océan Indien, affectant l’Australie, la Thailande, le Sri Lanka, Singapour, les côtes indiennes et aussi Madagascar, la côte Tanzanienne et Somalienne.

                         Le tsunami à Ao Nang / Thailande - photo David Rydevik (Sweden).

Ci-dessous : Banda Aceh - Sumatra - photos prises avant et après le tsunami, par le satellite QuickBird / doc. Digital Globe.

Dégâts et prévention :

Les victimes emportées par un tsunami peuvent recevoir divers coups par les objets charriés (morceaux d'habitations détruites, bateaux, voitures, etc.) ou être projetées violemment contre des objets terrestres (mobilier urbain, arbres, etc.) : ces coups peuvent être mortels ou provoquer une perte des capacités, menant à la noyade. Certaines victimes peuvent aussi être piégées sous les décombres d'habitations. Enfin, le reflux du tsunami est capable d'emmener des personnes au large, où elles dérivent et, sans secours, meurent de noyade d'épuisement ou de soif.

Dans les jours et les semaines suivant l'événement, le bilan peut s'alourdir, en particulier dans les pays pauvres. L'après-tsunami peut être plus mortel que la vague elle-même. Les maladies liées à la putréfaction de cadavres, à la contamination de l'eau potable et à la péremption des aliments sont susceptibles de faire leur apparition. La faim peut survenir en cas de destruction des récoltes et des stocks alimentaires.

Les tsunamis sont susceptibles de détruire habitations, infrastructures et flore en raison :

- du fort courant qui emporte les structures peu ancrées dans le sol 

- de l'inondation qui fragilise les fondations des habitations, parfois déjà atteintes par le tremblement de terre précédant le tsunami 

- de dégradations dues aux chocs d'objets charriés à grande vitesse par la crue.

De plus, dans les régions plates, la stagnation d'eaux maritimes saumâtres peut porter un coup fatal à la faune et à la flore côtières, ainsi qu'aux récoltes. Sur les côtes sableuses ou marécageuses, le profil du rivage peut être modifié par la vague et une partie des terres, immergées.

Ils engendrent des pollutions induites par la destruction d'installations dangereuses et de dispersion de toxiques, d'agents pathogènes  à partir de ces installations (usines, décharges sous-marines..) ou par dispersion de sédiments pollués (estuaires, ports, en aval d'émissaires industriels, décharges sous-marines ou littorales). Lors du tsunami du 26 décembre 2004, un dépôt de munitions immergées a par exemple été dispersé sur les fonds marins sur de grandes distances. Il existe plusieurs centaines de décharges sous-marines dans le monde, contenant notamment des déchets nucléaires et des déchets militaires ou industriels hautement toxiques.

Les récifs coralliens peuvent également être disloqués et mis à mal par le tsunami lui-même et par la turbidité de l'eau qui peut s'ensuivre les semaines suivantes, ainsi que par les polluants que l'eau a pu ramener.

Il suffit généralement de s'éloigner de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres des côtes ou d'atteindre un promontoire de quelques mètres à quelques dizaines de mètres pour être épargné. La mise à l'abri ne prend donc que quelques minutes à un quart d'heure, aussi un système d'alerte au tsunami  permet-il d'éviter la plupart des pertes humaines.

Un système de bouées adaptées à la réception des mouvements (capteurs de pression disposés sur les fonds océaniques) peut être installé le long des côtes et ainsi prévenir du danger (Système DART / NOAA)

Un dispositif de surveillance et d'alerte, utilisant une maille de sondes subocéaniques et traquant les séismes potentiellement déclencheurs de tsunamis, permet d'alerter les populations et les plagistes de l'arrivée d'un tsunami dans les pays donnant sur l'océan Pacifique : le Centre d'alerte des tsunamis dans le Pacifique, basé sur la plage d'Ewa à Hawaii, non loin d'Honolulu.

Il faut aussi sensibiliser les populations aux gestes utiles et équiper toutes les zones critiques de moyens de détection et prévention.

Le NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration -, et le NSF - National Science foundation, organismes gouvernementaux américains, possèdent des laboratoires où ils étudient et modélisent les vagues et leurs effets destructeurs.

Modélisation en bassin d'un tsunami - Credit: Daniel T. Cox, Oregon State University  OSU -  NSF.gov

Sources:

- NOAA Tsunami website

- NOAA's National weather service - Pacific tsunami warning center

- NSF - National science Foundation - After the tsunami

- NSF - Building tsunami resistant cities

- USGS - Surviving a tsunami 

Une avalanche de débris est un phénomène catastrophique qui affecte un volcan, qu’il soit en éruption ou non.

Il s'agit de l'effondrement d'un flanc entier d'un édifice volcanique qui peut avoir plusieurs origines distinctes :

- l'effondrement d'une partie de l'édifice est peut être liée à la remontée d'un volume de magma qui, une fois à l'intérieur du volcan, se stocke et forme une poche qui déforme et déstabilise l'édifice. Lorsque l'instabilité est trop grande, le morceau de volcan déformé se détache et glisse, libérant la poche qui "explose". Le souffle de cette explosion, chargé de cendres, est nommé "blast" . Il peut détruire des surfaces assez vastes (600 km² environ pour le Mont St Helens en 1980, et environ 500 km² pour le Bezymianny en 1956).

- l'effondrement peut se faire de manière passive, sans la moindre intrusion magmatique et sans la moindre activité volcanique.

                                Etna : cratères sommitaux et Valle del Bove - image ASTER.

De nombreux volcans dissymétriques présentent une instabilité sectorielle et des marques de glissements de terrain : La Valle del Bove sur l’Etna, la Sciarra del Fuoco sur l’île de Stromboli, le Piton de La Fournaise et le Kilauea sur Hawaii .

Toutes choses étant égales, un volcan présente une instabilité supérieure à une montagne de même gabarit ; différentes fractures et des niveaux hydrothermalisés constituent des niveaux de glissements privilégiés, favorisés par les micro-séismes.

L’établissement des cartes de risques nécessite de prendre en compte différents facteurs : la pente et le dénivelé, l’orientation, la lithologie et les discontinuités, le climat, la végétation.

Mt St Helens , l'avalanche de débris ponctuée de petits lacs colorés différemment selon la composition chimique des eaux - photo Lyn Topinka /USGS - 08.08.1981

L’éruption du mont St Helens illustre bien le cas d’un effondrement consécutif à une intrusion magmatique :

                                          Coupe du Mont St Helens - doc. USGS Lyn Topinka.

Depuis le mois d’avril, les géologues avaient averti du danger de ce bombement et des risques de glissements de terrain pouvant générer une éruption.

Déroulement de la séquence éruptive - doc. J.Dréo

S : dôme sommital - G: Goat dome - C: cryptodôme (intrusion) - L: Glissement de terrain (Landslide) - E : phase primaire de l'éruption.

Le 18 mai, à 8 h 32, sans crier gare, un tremblement de terre de magnitude 5,1 fait s'effondrer, environ 10 secondes après (entre 7 et 20 secondes)  , la face nord de la montagne. C'est l'un des plus grands glissements de terrain connus de l'histoire. Il progresse à vive allure, entre 175 et 250 km/h, et traverse le bras ouest du lac Spirit ; une partie du glissement atteint une crête de 350 m de haut à quelque 9,5 km au nord. Une partie du glissement passe par dessus la crête, mais la majeure partie s'écoule 21 km en contrebas, le long de la North Fork Toutle river, recouvrant la vallée d'une couche de débris épaisse de plus de 180 m. Une surface de près de 62 km^² est recouverte et le volume total des dépôts atteint 2,9 km^³.

La majeure partie de l'ancienne face nord du mont Saint Helens n'est plus qu'un amas de gravats de 27 km de long, pour une épaisseur moyenne de 46 m. L'effondrement, épais de 1,6 km au niveau du lac Spirit, s'affine dans son extrémité occidentale. L'eau du lac Spirit, temporairement déplacée par le glissement de terrain, génère une vague de 180 m de haut qui va s'écraser contre la crête au nord du lac et ajoute 90 m de gravats à l’ancien lit du lac, élevant sa surface de près de 60 m.

Carte des dévastations liées à l'éruption de 1980 - importance relative de la zone de blast (jaune) par rapport à la zone d'avalanche de débris (brun hachuré) - doc. USGS

                             Un arbre déchiqueté par la puissance du blast - photo S.W.Kieffer / USGS

Sources :

- Volcanologie - J-M.Bardintzeff - éd.Dunod

- USGS / CVO - Cascades Volcano Observatory - St Helens

- USGS special report : eruptions of mount St Helens, past, present, and future.

- USGS Mount St Helens may 18, 1980 eruption

Après les risques directs, nous envisageons les risques secondaires : le plus courant d’entre eux, c’est le risque de lahar .

          Alaska - Redoubt - lahars et dépôts - photo AVO/USGS. 23.03.2009

Ce terme, d’origine indonésienne, qualifie une coulée de boue ou une coulée de débris,  résultant de la conjonction de la présence de matériaux volcaniques instables et de leur remobilisation à la suite d’un séisme, d’un éboulement ou de diverses causes météorologiques.

Dans le cas d’apports d’eaux, celles-ci peuvent avoir des origines diverses : une origine volcanique ( magmatique, phréatique ou fumerollienne), une rupture des rebords d’un lac de cratère, la fonte des neiges ou du glacier sommital, des pluies plus ou moins importantes.

Les lahars se déversent de façon privilégiées dans les rivières drainant le volcan ; mais ils peuvent aussi inciser une nouvelle vallée dans les matériaux meubles ou en combler une ancienne.

Un lahar récent dans la province de Sléman, sur les flancs du Mérapi (Indonésie) - photo Sonny Tumbalaka / AFP le 03.11.2010

Les lahars contiennent une forte concentration de débris rocheux originaires des flancs du volcan et possèdent un énorme pouvoir destructeur.Si la concentration en sédiments excède 20 % du volume total de l’écoulement, ce dernier est qualifié d’hyperconcentré ; si cette proportion dépasse les 60%, on parle alors de coulée de débris. Les lahars peuvent aussi prendre la forme de coulées de boue si leur proportion d’argile est forte.

Leur température reste faible, sauf en cas de matériaux volcaniques récents et encore chauds. Ils se déplacent  à une vitesse de 15 à 30 km/h. avec un débit de pointe variant entre 200 et 1.200 m³/seconde, laissant après leur passage, une étendue boueuse, d’une épaisseur moyenne de 1,5-3 mètres. Les dépôts peuvent être beaucoup plus épais, comme en témoigne le Plateau de Perrier, dans le Mont-Dore (France), où un empilement de lahars indurés forme une falaise de 100 mètres, renfermant une riche faune préhistorique.

Les coulées de débris peuvent voyager sur de grandes distances, avec un front de coulée se déplaçant jusqu’à 85 km/h. Un exemple avec la coulée de débris provoquée par l’éruption du Cotopaxi, en Equateur, en 1877, qui a parcouru plus de 320 km à une vitesse moyenne de 27 km/h. (McDonald 1972).

Le risque majeur pour la vie humaine est l’ensevelissement et l’impaction par des rochers et débris ; suivent les brûlures en cas de coulées chaudes.

La population peut échapper au flux, si elle est avertie à temps, en grimpant sur des hauteurs plutôt que d’essayer de devancer les coulées en empruntant le fond des vallées.

Les dégâts matériels sont considérables ; les bâtiments et autres biens peuvent être détruits, enterrés ou emportés. Les couches de boue et de débris laissées en place se compactent et durcissent rapidement ensuite.

Quelques exemples :

La dernière grande catastrophe engendrée par des lahars date du 13 novembre 1985, à Armero, en Colombie, faisant 25.000 morts. L’éruption du volcan Nevado del Ruiz a consisté en une phase plinienne peu importante mais qui a causé quatre lahars principaux à la suite de la fusion d’une partie des glaciers sommitaux et la formation de poches d’eaux sous-glaciaires brutalement libérées. Ils atteignirent Chinchina, à 60 km. à l’ouest, et Armero et Mariquita, respectivement à 60 et 80 km. sur les flancs E et NE très raides. Au niveau d’Armero, la vague avait encore 2 à 5 m. d’épaisseur pour un débit de 8m./sec., ce qui explique la destruction de la ville.

                        Armero, rasée par les lahars - photo USGS 09.12.1985

Une photo qui a fait "la une" à l'époque : Omayra Sanchez, une fillette âgée de 13 ans, a agonisé, sans pouvoir être libérée, durant trois jours dans les boues consécutives à l'éruption du volcan Nevado del Ruiz. - non référencée.

L’éruption du Pinatubo, aux Philippines, qui a débuté en avril 1991 et a duré plus d’une année, a émis une grande quantité de dépôts volcaniques non stabilisés. Le 14 juin, le typhon « Yunya » est passé sur l’île de Luzon suivis d’autres typhons en juillet … déclenchant à chaque fois des lahars importants. Le phénomène s’est reproduit à chaque saison des pluies, à chaque passage de typhon, et  ce pendant plusieurs décennies.

            Philippines - Volcan Pinatubo - dépôts de lahars - photo Neureiter.

Les volcans sous-glaciaires engendrent des lahars particuliers, des débâcles glaciaires, appelés "jökulhlaup" (littéralement "course glaciaire")

L’exemple de l’éruption du volcan islandais Katla, sous le glacier Myrdalsjökull, a eu ce type de conséquence.

De même,  en 1996, sous le Vanatjökull : la chaleur dégagée par le volcan a provoqué la fonte d’une grande quantité de glace et augmenté le volume du lac Grimsvötn, situé au milieu du glacier, faisant passer sa surface de 12 à 40 km². Trois km³ d’eau sous pression se sont infiltrés sous le glacier, et ont été brusquement libérés trois semaines après la fin de l’éruption. Le 5 novembre, se produisit un jökulhlaup entraînant des blocs de roches et de glace … le formidable débit culmina à 55.000 M²/sec. emportant routes, ponts et maisons. La crue brutale avait cessé le surlendemain en laissant une étendue noire et vaseuse, nauséabonde, mais ne faisant pas de victimes.

Sources :

- Volcanologie de J-M.Bardintzeff - éd.Dunod

- USGS - Debris flows, mudflows, jökulhlaups and lahars.

- Fiche scientifique L.A.V.E. - Nevado del Ruiz, des lahars dans la ville

- un lahar à la loupe : les lahars du volcan Semeru.

L’importance des gaz magmatiques dépasse de loin leur rôle dans les éruptions volcaniques, dont ils sont le "moteur ". L’atmosphère, l’hydrosphère et la biosphère, soit l’entièreté de la vie organique de notre planète, trouvent leur origine dans le dégazage des 4,6 milliards d’années passées.

Les volcans émettent tant avant, que pendant et après leurs éruptions de grandes quantités de gaz, répartis pour part en émissions au départ du cratère, pour une autre part par dégazage diffus par des fractures, sous forme de fumerolles, ou par émanation à partir du sol. Ces émissions « indirectes » sont difficilement quantifiables, mais estimées d’une importance similaire aux émanations directes.

Nicaragua - émissions gazeuses directes du cratère du Masaya, bleutées signe de leur charge en dioxyde de soufre, ici sublimées par le contre-jour et la lumière de fin d'après-midi - © Bernard Duyck

Iles Eoliennes - Vulcano - émission "indirectes" sous forme de fumerolles sur les rives du cratère de La Fossa -  © Bernard Duyck 

Composition chimique et caractéristiques des gaz volcaniques :

Les gaz volcaniques résultent de la combinaison moléculaire d’un petit nombre d’éléments majeurs avec des gaz rares et des composants métalliques ; on relève pour les éléments :  hydrogène, carbone, oxygène, soufre, fluor, chlore, azote.

          Composition moyenne des gaz volcaniques  - doc. Guide des volcans / Rosi & al.

Les gaz sont ainsi constitués : principalement, entre 70 et 99%, d’eau - H₂O, puis en quantités variables décroissantes, dioxyde de carbone - CO₂, dioxyde de soufre - SO₂, hydrogène sulfuré - H₂S, monoxyde de carbone - CO, méthane - CH₄, acide chlorhydrique - HCl, acide fluorhydrique - HF, hydrogène - H₂, oxygène - O₂, soufre - S₂, azote - N₂, sulfure de carbone - CS₂, anhydride sulfureux - SO₃, ammonium, bore, brome, halogénures, sels métalliques et terres rares.

Un ordres de grandeur : le Mérapi libère chaque jour par son cratère sommital 3.000 tonnes de CO₂, 400 tonnes de SO₂, 250 tonnes de HCl, 50 tonnes d’HF ; El Chichon a libéré 10 millions de tonnes de SO₂ lors de l’éruption de 1982. L’Etna produit chaque jour environ 35.000 +/- 7.000 tonnes de CO₂ par son panache sommital, valeur qui peut être doublée si on considère le dégazage permanent diffus par les flancs de l’édifice. (in Volcanologie de J-M.Bardintzeff)

      Etna * dégazage en CO₂ et SO₂ - le dégazage en SO₂ est limité à l'actuel édifice volcanique, tandis que celui du CO₂ concerne aussi les flancs du volcan et ses alentours. - doc. in Volcanism de H-U.Schmincke.                                    

Les flux émis par l’ensemble des volcans aériens du monde sont estimés à 34+/- 24 millions de tonnes de CO₂/an en dégazage passif , et 31+/-22 millions de tonnes de CO₂/an lors des éruptions (Williams 1992). Les quantités de SO₂ libérées par an sont de 4 millions de tonnes, dont une partie (0,5-1 Mtonnes) atteint la stratosphère (sur base de données satellites et carottages sur les glaces du Groenland).

La température des gaz émis indique leur provenance : les gaz fusant à haute température ont un caractère magmatique ; les températures atteignent 900°C au Mérapi, 1.130°C à l’Erta Ale, à Vulcano, les fumerolles de La Fossa oscillent entre 100 et 675°C.

Les gaz à température plus basse ont une origine superficielle par recyclage. Ainsi le soufre est émis sous forme de SO₂ à haute température et d’H₂S à basse température.

Si l’on retrouve toujours ces mêmes gaz sur tous les volcans du monde, leurs proportions varient beaucoup en fonction du type d’éruption, de la composition du magma, de la température et du lieu d’émission …

Analyse des gaz volcaniques :

Cette analyse, outre les dangers inhérents à la prise d’échantillons, pose des problèmes techniques (température des gaz à la sortie, fragilité du matériel de prélèvement, risque de modification des phases gazeuses au moment du prélèvement …)

               Prélèvements de gaz sur le terrain - doc. USGS

Les analyses chimiques des gaz peuvent servir au niveau prévisionnel ; elles constituent parfois la seule approche en cours de phase éruptive, avant l’émission par le volcan d’autres substances liquides ou solides. Des techniques récentes permettent de doser le panache tout en restant éloigné de l’évent.

Scéance de mesures COSPEC réalisée par une équipe du CVO/USGS à Sugar bowl dans le cratère du Mont St Helens. - doc. USGS

Le COSPEC – Correlation Spectrometer – permet de mesurer les taux de SO₂ ; la technique est basée sur l’absorption de certaines longueurs d’onde dans l’ultra-violet par les gaz soufrés.

Cette technique peut être utilisée au sol, au départ d’un tripode ou d’une voiture, mais les mesures hautement qualitative sont obtenues par le Cospec embarqué à bord d’avion ou d’hélicoptère, qui peuvent idéalement se placer sous le panache, ou à angle droit par rapport à la direction de déplacement du panache volcanique, et mesurer la vitesse des vents au site de mesure SO₂.

Le senseur OMI – Ozone Monitoring Instrument – embarqué à bord de satellites permet de mesurer durant la journée les taux de SO₂, grâce à une observation dans l’ultraviolet avec une haute résolution spectrale et une bonne résolution spatiale.

L’analyse des taux de CO₂ se fait grâce à l’analyseur LI-COR , paramétré sur l’infra-rouge et des mesures aériennes multiples au travers de la section entière du panache.

Un autre type de mesure, le FTIR – Fourier Transform InfraRed spectrometer system – échantillonne simultanément différents gaz du panache, grâce à des systèmes axiaux ouverts ou fermés.

La mesure du ratio d’émission de SO₂ est utilisé pour connaître le volume de magma dégazant et celui de la recharge magmatique. Les rapports entre S/C – SO₂/CO₂ – S-Cl augmentent juste avant l’éruption, alors que le rapport He/CO₂ décroît. Les distributions du carbone¹³ entre le CO₂ et le méthane – CH₄, et celui du soufre³⁴ entre H₂S et SO₂ jouent quant à eux le rôle d’indicateurs de température.

Les mesures de dioxyde de soufre et de dioxyde de carbone sont rapportées en « tonnes par jour », bien que ces deux gaz soient mesurés par des méthodes différentes.

Autres traces laissées par les gaz volcaniques :

Les gaz laissent aussi des dépôts solides, appelés « sublimés », très variés en composition et aspect. Par exemple, à Vulcano, le soufre natif coexiste avec l’alun ( sulfate d’aluminium et potassium), l’halite, le gypse, le réalgar, la pyrite, le salmiac (NH₄Cl).

Iles Eoliennes - cratère La Fossa de Vulcano - dépôts orangés de réalgar auprès d'évents fumerolliens -  © Bernard Duyck

 Autour des sources chaudes, selon leur connotation calcaire ou siliceuse, de délicates dentelles de carbonate calcique ou de geyserite (silice amorphe) se déposent, témoins les formations du Yellowstone, du Dallol ou de North Island en Nouvelle-Zélande.

Ethiopie - Afar - Dallol : vasques d'acide ourlées de marjelles colorées par le soufre et les oxydes minéraux -  © Bernard Duyck

Fumerolles, geysers et mofettes sont autant de témoins, chauds ou froids, succédant à l’activité volcanique proprement dite.

Effets négatifs des gaz volcaniques:

1. Effets sur l'environnement et le climat :

Pluies acides, VOG et Laze :

Les nuages consécutivement aux éruptions volcaniques contiennent des gouttelettes d'eau contenant des gaz volcaniques en solution. Ces gouttes peuvent tomber sur terre sous forme de "pluies acides".

Outre l'atteinte générée sur la végétation et la pollution des eaux, ces pluies acides corrodent les câbles, les voitures, les équipements agricoles, jusqu'aux systèmes de distribution d'eau potable.

                  Les effets aériens d'une éruption volcanique - doc. USGS. 

Le VOG, par analogie au FOG, est un brouillard composé d'aérosols sulfatés (petites particules et micro-gouttes), d'acide sulfurique et autres sulfates.

Hawaii - fort dégazage au cratère du Pu'u'O'o - photo HVO/USGS 21.06.2010

 Il est particulièrement remarqué sur Hawaii où les émanations volcaniques de SO₂ des cratères et des zones de rift sont fortes; cette pollution volcanique, née de l'interaction entre le dioxyde de soufre, l'oxygène et l'eau sous l'effet de la lumière solaire, peut stagner sur l'île, si les vents ne la dispersent pas, et créer de nombreux inconvénients aux êtres vivants et à la nature.

Hawaii - Kilauea - nuages causés par les entrées de lave en mer dans le delta du Puhi-o-Kalaikiwi. - photo aérienne HVO/USGS.

 Autre phénomène du aux volcans, le production de nuages produits par la lave entrant dans l'océan; une réaction chimique entre la lave à haute température  et les eaux de l'océan est responsable de nuages de vapeur chargés en acide chlorhydrique appelés LAZE, de pH 1,5-2,5. Ces nuages acides sont irritants pour les voies respiratoires, les yeux, la peau et même les vêtements.

Lors d'éruptions très importantes, le dioxyde de soufre est éjecté jusque dans la stratosphère, à 20-50 km. d'altitude, où les vents sont forts et favorisent une circulation qui peut être planétaire. Etant donné les mouvements verticaux réduits, les gaz qui s'y trouvent propulsés peuvent y rester longtemps ... ils y forment avec l'humidité ambiante des aérosols d'acide sulfurique qui absorbent et réfléchissent la lumière solaire, engendrant une réduction de 5 à 10% de l'énergie reçue sur la surface terrestre, ce qui peut faire baisser la température de la troposphère de 0,1 à 1°C durant parfois 2 à 3 ans.

Baisses de température de la troposphère sur plusieurs années, causées par les éruptions d'El Chichon et du Pinatubo - doc. NOAA / intellicast.

2. Effets directs sur la santé humaine et animale :

Ces effets sont très variables, pouvant aller de l'irritation oculaire et cutanée, à des atteintes des voies respiratoires et dans les cas extrêmes jusqu'à la mort.

Toxicité de l'H₂S : 

    - Seuil de toxicité (mg/m³) : 14 

  - Seuil de perception (mg/m³) : 0,000 66

C'est-à-dire que notre système olfactif est capable de détecter cette substance en très faible quantité. Ceci nous permet d'être alerté avant une absorption pouvant être toxique. Ceci n'est pas toujours le cas pour toutes les substances nocives.

Attention, à partir d'un certain seuil, facile à atteindre, le nerf olfactif est paralysé et la détection du gaz devient impossible.

L'exposition à des concentrations inférieures peut entraîner des irritations oculaires et de la gorge, une toux douloureuse et une perte de capacité respiratoire. L'exposition à de faibles concentrations mais sur le long terme a pour conséquences : perte d'appétit, fatigue, maux de tête, irritabilité, vertiges et pertes de mémoire. A doses massives, l'inhalation d'H₂S peut être mortelle.

Toxicité du SO_{2 :}

  L'inhalation de dioxyde de soufre provoque une irritation du nez et de la gorge, une constriction des bronchioles, des difficultés respiratoires, aggravées par l'effort physique, des douleurs cuisantes aux yeux et un larmoiement.

Toxicité du CO₂ :

Celle-ci est bien connue, bien que le dioxyde de carbone soit rarement présent en abondance pour créer des problèmes.

Il représente un grand danger en cas d'émissions de grandes quantités dans un environnement favorable, où il déplace les quantités d'air disponibles, causant ainsi l'asphyxie des êtres vivants sans dommages pour la végétation.

Les cas qui illustrent le mieux cette toxicité sont le lac Nyos, au Cameroun, où en 1986, une nappe de dioxyde de carbone dévala les pentes du volcan tuant 1800 villageois et plusieurs milliers de têtes de bétail, et le Nyiragongo/lac Kivu. (voir article sur les dangers du lac Kivu).

Toxicité de l'acide fluorhydrique :

Ce composé est extrêmement toxique, car il réagit dans les organismes vivants, en complexant les ions calcium et magnésium, les rend inactifs et indisponible pour leur rôle biologique important .

Un exemple catastrophique d'émission massive d'acide fluorhydrique est lié à l'éruption du Laki en Islande, connue sous le nom de Skaftáreldar (« feux de la rivière Skaftá »): entre 1783 et 1784, 130 cratères émirent, lors d'éruptions fissurales, 15 milliards de m³ de lave basaltique fluide, d'HF et de SO₂, avec des conséquences catastrophiques pour l'Islande et des répercussions sur la santé et la météorologie de toute l'Europe occidentale. Vingt et un % de la population islandaise mourut de famine, suite à la perte de 80% du cheptel de moutons et 50% du bétail à cause de fluorose dentaire ou osseuse dues aux 8 millions de tonnes de fluor rejetées.

Les énormes quantités de SO₂ émises formèrent un brouillard sulfuré qui perturba le temps et les récoltes : durant les années suivantes, la sécheresse succéda aux étés et hivers rigoureux, dont des orages de grêle en 1788 ; les récoltes anémiées furent détruites accentuant la crise économique profonde la France, une des raisons de la Révolution de 1789.

                 Islande - la fissure éruptive du Laki - doc. wikipedia.

Sources :

- Volcanism - de H-U.Schmincke -éd.Springer

- Volcanologie - de J-M.Bardintzeff - éd.Dunod.

- Measuring volcanic gases : emission rates of sulphur dioxide anc carbone dioxide in volcanic plumes. - USGS

- Volcano and hydrologic monitoring techniques - USGS/CVO

- VOG, a volcanic hazard - HVO/USGS

Vous pouvez retrouver les autres chapitres dans la colonne de droite - "Dossiers" .

Soufriere Hills / Montserrat - coulée pyroclastique dévalant jusqu'à la mer, suite à l'effondrement du dôme - avec l'aimable autorisation de Thorsten boeckel, le 05.02.2010 - un clic sur la photo vous mène à son site.

Les coulées pyroclastiques sont des émissions violentes d'un mélange de gaz magmatiques, de vapeur d'eau, de laves, de pyroclastites (cendres, blocs et débris) projetés latéralement sur les flancs du volcan sous l'effet de la détente des gaz. Ce mélange chaud, >500°C, dévale les pentes sur des distances importantes, et à grande vitesse, 200 à >500 km/h., au voisinage du sol avec un flux plutôt laminaire.

Ce phénomène fut décrit par Alfred Lacroix, utilisant pour se faire l'exemple de l'éruption de la Montagne Pelée, à la Martinique en 1902-1903 : " coulée à pyroclastites chaudes formée de deux parties: une partie basale dense, qui épouse le relief, et un nuage de cendres superficiel, qui masque la précédente ".

                       Coupe d'une coulée pyroclastique - doc. Fisher 1892.

Elles peuvent résulter de l'écroulement partiel ou total d'un dôme, ou de l'effondrement d'un panache volcanique émis lors d'éruption de type plinien ou peléen.

La zone exposée dépend du type d'éruption :

- l'effondrement d'une colonne plinienne alimente des coulées pyroclastiques qui concernent tous les flancs du volcan.

- l'effondrement d'un dôme donne des coulées pyroclastiques orientée dans une direction principale, du fait de l'orientation du phénomène explosif initial; l'énergie se trouve concentrée dans un angle faible, ce qui augmente son pouvoir destructeur.

La morphologie de l'édifice va conditionner les trajectoires : interviennent la présence d'un dôme, la pente, la dénivellation. La nuée ardente peut remonter aussi à contre-pente, selon sa ligne d'énergie.

Bardintzeff distingue 4 grands types de nuées ardentes, selon deux paramètres, granulométrique et morphologique :

- les nuées d'avalanches (distinctes des nuées ardentes sensu sticto) de type :

* Merapi, où le dôme s'écroule, plus ou moins pulvérisé par une explosion phréatique. ex : Mont Unzen au Japon, Merapi sur Java.

* Arenal (Costa-Rica) avec écroulement d'un dôme à blocs de lave, dont l'intérieur est encore liquide; avec l'éboulement, le magma neuf est libéré sous forme de microponces.

- les nuées ardentes sensu stricto en deux types également:

* Santiaguito (Guatémala), l'explosivité de l'éruption est due à la viscosité du magma et sa richesse en gaz.

* les types Péléen et St Vincent (Caraïbes) , déclenchés par un mélange de magmas et se différenciant selon la morphologie de l'édifice au moment de l'éruption, soit dirigée et associée à une aiguille de lave visqueuse, soit dispersée à partir d'un cratère ouvert.

            Classification des nuées ardentes - in Volcanologie de JM.Bardintzeff.

En pratique, les choses se compliquent; les éruptions passent souvent d'un type à l'autre, comme au Vésuve en 79 de notre ère. Elles peuvent aussi se trouver dans un régime intermédiaire où les deux types d'écoulement coexistent.

Ces coulées pyroclastiques constituent un danger majeur; toute fuite s'avérant inutile, la prévision devient capitale !

Rappelez-vous la mort des époux Krafft tués par une nuée ardente qu'ils voulaient filmer à l'Unzen au Japon.

Les causes de décès apparaissent multiples : onde de choc, traumatismes majeurs dus aux bombes et blocs déplacés, effet thermique, asphyxie.

D'autres types éruptifs se caractérisent par une mise en place sous forme d'écoulement explosif dirigé : surge et blast.

Les surges ou déferlantes sont considérés comme étant d'un dynamisme éruptif intermédiaire entre retombées et coulées pyroclastiques. Il s'agit d'un écoulement très turbulent, lié souvent à l'effondrement d'une colonne éruptive, et responsable de dépôt recouvrant la topographie avec une épaisseur variable, s'accumulant dans les dépressions.

Schéma comparatif des dépôts de matériaux volcaniques fragmentés dans les cas de retombées de cendres, coulées pyroclstiques/surges et lahars. - in Volcanism by H-U.Schimncke 

Les blasts sont générés par un glissement de terrain, du à une avalanche ou une coulée de débris, affectant tout le flanc d'un volcan sur plusieurs centaines de mètres d'épaisseur et allant parfois jusqu'à le décapiter. Le magma, en cours d'ascension, se retrouve soudain en subsurface et jaillit d'un coup; des nuées ardentes succèdent au blast initial ... l'exemple type est la phase initiale de l'éruption du St Helens en 1980.

Les exemples historiques :

En 79 de notre ère, l'éruption du Vésuve raye Pompeï et Herculanum de la carte.

L'éruption du Vésuve a eu deux phases distinctes; une première phase "plinienne", la colonne atteignant le 24.08.79 la hauteur de 20 km. et créant une pluie de ponces et poussières sur le sud du volcan, recouvrant Pompeï sous 2,5 m. de ponces (diamètre moyen 1 cm.)

Simulation numérique des écoulements pyroclastiques résultant de l'effondrement colonne éruptive du Vésuve. Les couleurs indiquent la température et de concentration pyroclastique, avec indication rouge vif pour les hautes concentrations et bleu pour les faibles. - Flavio Dobran 1996

Une seconde phase, péléenne, est responsable des coulées pyroclastiques du 25.08; les dépôts révèlent que Pompeï fut atteinte d'abord par un surge pyroclastique, laissant un dépôt de 10-20 cm.. Puis s'en suit une coulée pyroclastique responsable d'un dépôt variant de 2 m. à 50 cm. suivant les endroits; peu après, un second surge laisse une couche de 10-20 cm. riche en calcaire et roches volcaniques denses. Le tout est recouvert d'une couche de 70 cm. de retombées de cendres et lapilli accrétionnés (petites boules faites de cendres cimentées par interaction entre la cendre chaude et l'humidité atmosphérique) - observations de Sigurdsson 1982 - et McDonald 1972.

           Moulage d'un corps enseveli à Pompeï suite à l'éruption du Vésuve en 79.

L'éruption de la Montagne Pelée en 1902 à La Martinique: l'éruption du 8 mai 1902 fut décrite par Alfred Lacroix; elle engendra une nuée ardente qui détruisit la bourgade de Saint Pierre faisant près de 28.000 victimes. D'après ses calculs, la nuée ardente se déplaça à 110 m./sec., les plus gros blocs suivant les vallées, alors que gaz et cendres brûlantes déferlaient sur la ville, n'épargnant que deux personnes. Les températures n'ont guère dépassé 350°C, les victimes retrouvées étant brûlées mais pas carbonisées.

La Martinique - Saint Pierre après l'éruption de la Montagne Pelée - doc. archives MHN.Paris

En 2010, l'éruption du Merapi a tué plus de 300 personnes, principalement à cause des fortes coulées pyroclastiques; celle-ci ont parcouru des distances énormes, 18 km. le 05.11.2010, à cause de la morphologie convexe des pentes du volcan, qui a permis une accélération de la coulée et un plus long parcours.

             Merapi - coulée pyroclastique du 29.10.2010 - photo indahnésia.com

Les environs de Kinahrejo sont entièrement calcinés après le passage de la coulée pyroclastique; les sauveteurs parcourent un village fantôme - photo Beawiharta / Reuters 27.10.2010.

Sources:

- Volcanologie - de JM.Bardintzeff - éd.Dunod

- Guide des volcans - M.Rosi & al. - éd.Delachaux & Niestlé

- Volcanism - de H-U.Schmincke - éd.Springer

- L'éruption du Vésuve en 79 après JC - par Kaminski et Jaupart / IPGP .

- Phénomènes volcaniques à Pompeï - K.Martini / Virginia.edu

Le produit des retombées volcaniques peuvent se qualifier génériquement parlant de "téphra" et "pyroclastite".

Ces termes proviennent tous deux du grec:

- téphra : signifiant cendres, et étendu aux matériaux fragmentés d'origine volcanique.

- pyroclaste : de Pur - feu et Klastos - brisé, soit littéralement : brisé, morcelé par le feu, les éruptions - fragments de feu.

Ces matériaux se classifient par leur granulométrie, leur composition, leur mode d'extraction.

Les cendres (ash) sont constituées de débris solides de taille inférieure à 2 mm. Les lapilli - du latin petite pierre - sont des débris de taille intermédiaire : entre 2 et 64 mm. Les termes blocs et bombes (blocs and bombs) caractérisent des débris de taille supérieure à 64 mm. , émis respectivement à l'état solide ou liquide à plastique.

Les bombes sont classifiées selon leur forme, liée à la fluidité du magma à l'émission.

C'est ainsi qu'on parle de:

- bombes en fuseau, ou fusiformes, typique de magma basique peu fluide. Elles traduisent un paquet de lave plastique ayant subie une trajectoire hélicoïdale et retombées froides pour ne plus se déformer. Bombe en fuseau - volcan Capelinhos, Faial, Açores - photo M.Hollunder.

- bombes en ruban : typique de magma basique de moyenne fluidité

Bombe "en bouse de vache" - photo Mehdi/Forum du naturaliste.

- bombe en bouse de vache, caractéristiques d'un magma très fluide émis à haute température par un souffle continu. Elles représentent des paquets liquides encore plastiques qui s'aplatissent en tombant à proximité du point d'émission; en se soudant entre elles, elles s'amoncellent pour former des cônes de scories (spatter cone) .

- bombe "en croûte de pain" : elles montrent une forme polyédrique à surface profondément craquelées. Elles manifestent aussi une "trempe" mais à partir d'une lave visqueuse riches en gaz (laves acides) dont l'échappement crée la texture.

Bombe "en croûte de pain" - Crater of The Moon", USA -

- bombe "en chou fleur", typique des éruptions phréato-magmatiques (maar), à surface mamelonnée et de forme sphéroïdale.

Selon le volume de débris émis, la fragmentation de ceux-ci et leur dispersion, l'étendue des zones touchées par les retombées sera plus ou moins importante.

La branche de la science qui s'occupe d'étudier et de quantifier ces phénomènes s'appelle "tephrochronologie".

Les isopaques ( ligne stratigraphique correspondant au lieu de tous les points d'épaisseur égale) définis après une éruption traduisent les faits et peuvent servir de scénario pour un évènement futur.

                 Le panache de cendres du Pinatubo - doc. USAF 1991.

Les particules de taille et masse volumétrique grandes se retrouvent proches du point d'éruption; ces débris balistiques sont extrêmement dangereux aux abords d'un volcan : un exemple avec l'Arenal, au Costa-Rica, où on relève un taux de recouvrement des impacts de bombes de 130% à 4 km du cratère, lors de l'éruption de 1968.

Les particules moyenne, les lapilli, peuvent recouvrir de grandes étendues sous une épaisseur de plusieurs mètres.

Les cendres, formées de fines particules vacuolaires peuvent atteindre de grandes hauteurs au sein du panache éruptif avant d'être dispersées par les vents sur des centaines, voir des milliers de km². Le type et l'ampleur de l'éruption vont conditionner la hauteur du panache émis et sa dispersion; des cendres, ainsi émises jusque dans la stratosphère, peuvent faire plusieurs fois le tour de la planète et interférer avec le climat mondial.

Exemples d'aires de retombées pour les éruptions du St Helens (1980), du Mazama (7.600 ans), du Yellowstone (665.000 ans) et de Long valley (760.000 ans) -Doc. USGS

Les périls dus aux chutes de cendres sont nombreux : obscurité, routes rendues dangereuses, risques de suffocation et/ou d'enfouissement, contamination des eaux et cultures, atteinte à la santé des hommes et animaux, et depuis l'ère moderne, , des systèmes mécaniques, électriques, de drainage et de climatisation, et d'énormes perturbations du trafic aérien.

Enorme couche de cendres sur le toit déformé et en partie effondré de cette habitation après l'éruption dans la caldeira du Rabaul - le cône du Vulcan à gauche - doc. USGS.

Dans les pays pauvres, les toits en tôle et leur charpente ne supportent pas le poids supplémentaire des cendres : pour une couche sèche de cendres d'environ 10 cm d'épaisseur, la charge supplémentaire sur un bâtiment peut varier de 40 à 70 kg /m² , une couche humide pourrait atteindre 100-125 kg /m² . Un travail incessant de déblaiement est donc nécessaire, rendu dangereux en cas de pluies ou d'orage volcanique, et très pénible, car les cendres dégagées s'accumulent au pied des immeubles.

        "La nuit en plein jour" - éruption de l'Eyjafjallajökull au printemps 2010.

Les dommages causés par l'inhalation de cendres fines et l'irritation oculaire se cumulent avec l'effet abrasif de la cendre laissée sur les fourrages destinés au bétail (usure prématurée de leurs dents, blessures des voies digestives et mort d'inanition) et nécessitent des mesures de protection (masque et lunettes) et de confinement.

Les pyroclastites très abrasives peuvent aggraver les problèmes respiratoires présents, dont l'asthme, et créer de la suffocation : une concentration de poussières de 100 gr./m³ est suffisante.

On comprend mieux le phénomène abrasif de la poussière volcanique en examinant celle-ci au microscope - doc. AVO / T.Kircher Univ. Alaska Fairbanks.

La pollution des eaux par les cendres et les minéraux qui les caractérisent - je pense ici au fluor contenu dans les cendres de la dernière éruption de l'Eyjafjallajökull - oblige à prendre des mesures drastiques de protection des réserves et de nettoyage après la fin de l'épisode éruptif.

Les poussières volcaniques sont aussi responsables de "pluies acides" et d'irritation cutanée.

En cas d'éruptions cataclysmiques, les cendres projetées dans la haute atmosphère, ainsi que les aérosols et les gaz, réagissent avec celle-ci pour créer des aérosols d'acide sulfurique, réfléchissant le rayonnement solaire... ce qui aboutit à un refroidissement climatique sur plusieurs années. (détails ultérieurement).

Sources :

- IVHHN - International volcanic Health Hazard Network

- Volcanic Hazards Program - USGS - photoglossary/ Tephra  

- Volcanis ash - effects and mitigation strategies : agriculture, health, buildings, communication and power supply - lien site USGS

- Volcanologie - de JM.Bardintzeff

- Volcans et Eruptions - de Maurice Krafft.

L' IAVCEI - International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior - a listé sept risques volcaniques majeurs; 

Quatre risques primaires : les coulées de lave, les retombées de cendres et blocs, les coulées pyroclastiques, les gaz.

Trois risques secondaires : les lahars ou coulées boueuses, les avalanches ou glissements de terrains et les tsunamis ou raz de marée.

Je vous propose de les passer en revue, en les illustrant d'évènements majeurs du passé, en commençant par :

                              Les coulées de lave.

Les écoulements de laves les plus communs se déplacent à environ 15 à 20Km/h mais la vitesse des coulées est comprise entre quelques mètres à l’heure et 40 Km/h, le record est détenu par le volcan Mauna Loa dont la coulée a atteint 80Km/h.

La vitesse d’une coulée de lave dépend de sa température et de sa composition qui diffèrent selon les volcans et leurs situations géographiques.

La mobilité augmente de la rhyolite au basalte, caractérisés par des températures de sortie et des composition en oxydes de silice différentes.

Dans l'histoire, les coulées de lave ont causé beaucoup de pertes matérielles, entraînant toutefois peu de pertes humaines. Ainsi, elles ne représentant que 0,4 % des décès dûs aux éruptions volcaniques de 1600 à 1900 (ce qui représente un peu plus de 1 000 personnes), et 0,3 % au XXe siècle (285 personnes).

Les risques humains se traduisent par des accidents isolés, mais fréquents. Ils sont dus au passage au travers d'une coulée non totalement refroidie, ou par encerclement à cause de deux coulées qui se rejoignent; lors de la traversée d'une zone humide par le coulée, des explosions phréatiques peuvent se produire au contact de la lave et de l'eau; le danger augmente lorsque la lave est fluide et les coulées rapides, ou lors de la vidange brutale d'un lac de lave (cumul de volumes importants et d'une vitesse rapide) comme au Nyiragongo.

Les risques de pertes matérielles sont au contraire considérables pour 2 raisons :

- la fréquence des coulées et la difficulté de les stopper. Par exemple, les coulées de type aa de 1906 du Vésuve avançaient doucement à l'instar d'un buldozzer et rasaient tout sur leur passage (plusieurs villages ont été ainsi rayés de la carte); la même chose à l'Etna où Catane fut rasée en 1669 ;

- la grande densité des constructions dans les zones menacées : Etna, Vésuve.

Les coulées de lave sont une des rares menaces volcaniques contre lesquelles on peut lutter par la mise en oeuvre de moyens techniques : bombardement, détournement, arrosage. Quelques exemples historiques :

Eruption fissurale à l'Eldfell en 1973 - photo Emory Kristof/National Geographic

Sur l'île Islandaise d'Heimaey,en février-mars 1973, une coulée émise par un nouveau volcan, l'Eldfell, situé sur le flanc est de l'Helgafell, a menacé la ville et son port. Pour éviter de voir ce dernier condamné irrémédiablement, de l'eau de mer fut pompée puis projetée sur le front de la coulée pour stopper sa progression : le déversement qui a atteint jusqu'à 12.000 litres d'eau de mer par heure permet de faire descendre la température de la lave aux environs de 200°C; chaque heure, 20.000 m³ de roche en fusion sont refroidis. Dès leur refroidissement, des bulldozers nivellent et compactent les cendres pour former un barrage naturel. La réussite de l'opération est suivie, dès juillet, du retour des habitants, du nettoyage de la ville et de la reprise de la vie sur l'île. Carte de situation et de la progression des laves - doc. oregonstate.

               Le volcan et les coulées menaçant de fermer le port - doc. archives 1973

A l'Etna, le détournement des coulées par des digues artificielles fût expérimenté pour première fois  en 1669 : pour protéger Catane, ses habitants ont réussi a dévier la coulée vers la ville voisine de Paterno dont les habitants mécontents menacèrent alors d'attaquer Catane. Finalement, le chenal artificiel fut rebouché...

    Catane et l'éruption de l'Etna 1670 - doc. G.A.Borelli, publié par Spallanzani.

En mai 1983, un détournement d'une coulée,  par dynamitage de la muraille de lave refroidie qui la canalisait, s'est avéré satisfaisant.

                  Carte de l'éruption latérale de 1991-93 - doc. INGV

Situation de l'action en mai 1992, à gauche, et de la barrière, au centre droit - la coulée s'est arrêtée près de Zafferana.

Lors de l'éruption qui dura du 14 décembre 1991 au 30 mars 1993, diverses techniques de dissuasion furent expérimentées : barrages de pierres, terre et lave, destruction des tunnels d'alimentation aux explosifs ou en y jetant d'hélicoptère des blocs de béton et de lave.

Divers facteurs permirent d'en venir à bout :

- un faible ratio d'effusion

- l'éloignement de la fissure éruptive par rapport aux zones habitées (2.350-2200 m altitude p.r. à 750 m.)

- le ralentissement des émissions après l'emploi d'explosifs le 27 mai 1992 sur le tunnel d'alimentation

- la diversion initiale, créée à 7 km. du village a permis une accumulation des laves dans la Valle del Bove dans une zone inhabitée.

En 1977, au Nyiragongo, situé sur le rift ouest-africain, la vidange du lac de lave fut extrêmement rapide : 22 millions de m³ de lave pahoehoe se répandirent en direction de la ville de Goma, en seulement 1 heure, la vitesse des coulées atteignant 60-70 km/h. Le drainage du lac se fit par un système de fissures de flancs parallèles s'ouvrant simultanément au N. (Baruta) et au S. du volcan (Shaheru et Djoga)

              Nyiragongo - Carte des coulées 1977 - doc. Krafft/Pottier in GVP

La suite du dossier dans une semaine ...

 Sources :

- Volcanologie De JM.Bardintzeff

- Guide des volcans d'Europe et des Canaries de M.Krafft et de Larouzière.

- Tazieff 1990

- The cradle of volcanology : the 1991-1993 Valle del Bove eruption - par Boris Behncke

- Volcanolive - Nyiragongo eruption 1977 -

- Global Volcanism Program - Nyiragongo Monthly report