Éruption volcanique

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Une éruption volcanique est un phénomène géologique caractérisé par l'émission, par un volcan, de laves et/ou de téphras accompagnés de gaz volcaniques. Lorsqu'une éruption volcanique provoque des dégâts matériels et des morts parmi l'espèce humaine mais aussi chez d'autres espèces animales ou végétales ce qui est la majorité des cas pour les volcans terrestres, ce phénomène constitue, à courte ou moyenne échéance, une catastrophe naturelle ayant un impact local à mondial et pouvant bouleverser les habitudes animales, humaines, la topographie, etc.

Image satellite du panache volcanique coiffé d'un pileus et de nuées ardentes du Sarytchev en Russie au cours d'une éruption plinienne.

Mécanismes[modifier | modifier le code]

On distingue trois types d'éruptions par leur mécanisme :

  • Les éruptions magmatiques sont provoquées par le dégazage du magma sous l'effet d'une décompression, qui produit une baisse de densité, laquelle propulse le magma vers le haut par l'effet de la poussée d'Archimède.
  • Les éruptions phréato-magmatiques sont provoquées par le refroidissement brutal du magma par contact avec de l'eau, qui produit son fractionnement et l'augmentation explosive de la surface de contact eau-magma.
  • Les éruptions phréatiques sont provoquées par la vaporisation d'eau en contact avec le magma, qui éjecte les matériaux encaissants, le magma restant en place.

Durée[modifier | modifier le code]

La durée des éruptions est très variable[1] : certaines durent quelques heures, telle l'éruption du Vésuve en 79 ; sur les quelques 1 500 volcans terrestres actifs, un peu plus de la moitié des éruptions ne dépasse pas deux mois d’activité et un peu plus d'une centaine dure plus d’un an. Il y a habituellement 50 à 70 éruptions paroxystiques par an, durant en moyenne 15 jours. Le Puʻu ʻŌʻō, une des bouches éruptives du Kīlauea, est en éruption continue depuis le 3 janvier 1983[2].

Le tableau suivant donne les différentes répartitions de durée[3] :

Durée de l'éruption  %age des éruptions Total cumulé (%)
< 1 jour
10
10
entre 1 jour et 1 semaine
14
24
entre 1 semaine et 1 mois
20
44
entre 1 et 6 mois
28
72
entre 6 mois et 1 an
12
84
entre 1 et 2 ans
7
91
entre 2 et 5 ans
5
96
entre 5 et 10 ans
2
98
entre 10 et 20 ans
1
99
> 20 ans
1
100

Types d'éruptions volcaniques[modifier | modifier le code]

Plusieurs catégorisations des éruptions ont été proposées au cours du temps. Dès le début du XIXe siècle George Poulett Scrope distingue les éruptions permanentes, intermédiaires et paroxysmales. À la fin du XIXe siècle un autre système distingue les éruptions explosives, intermédiaires et calmes. En 1908 Alfred Lacroix conçoit une classification à quatre types, hawaïen, strombolien, plinien/vulcanien, péléen, enrichie plus tard par le type islandais et le stade solfatarien[4]. Elle a évolué vers plusieurs classifications contemporaines, comme la suivante :

Une classification de l'activité volcanique (Joyce 2010[5])
Type Coulées et explosivité Topographie typique associée
Islandais coulées épaisses et étendues émises par des fissures, faible explosivité boucliers et plaines de lave, cônes alignés le long des fissures
Hawaïen coulées étendues émises par des cheminées centrales, faible explosivité sauf en cas d'explosions phréatiques dômes, boucliers et longues coulées alimentées par des tubes de lave, cônes de scories, maars, anneaux de tuf, ...
Strombolien coulées souvent absentes, explosivité faible ou modérée Cônes de scories avec des coulées courtes
Vulcanien coulées souvent absentes, explosivité modérée ou forte Cônes de cendres, cratères d'explosion
Vésuvien coulées souvent absentes, explosivité modérée à violente cônes importants alternant cendre et lave (strato-volcans), vastes dépôts de cendres, cratères d'explosion et caldeiras d'effondrement
Plinien coulées parfois absentes, explosivité très violente vastes dépôts de ponces et de cendres
Péléen domes et coulées courtes et épaisses, nuées ardentes, explosivité modérée dômes, aiguilles, cônes de cendre et de ponce, plaines d'ignimbrites
Krakatoen pas de coulée, explosivité cataclysmique vastes caldeiras d'explosion

Ces dénominations à partir de noms de volcans ou de régions ne doit pas faire croire que ces volcans ont des éruptions systématiquement du type correspondant, ni donc le fait qu'un volcan est caractérisé par un seul type d'éruption. Elles traduisent simplement le fait que la description du modèle a été faite à partir d'une éruption de ce volcan ou de cette région. En réalité les transformations que subit le magma dans la chambre magmatique induisent une évolution des éruptions tant au cours de la vie du volcan qu'au cours d'un cycle éruptif. Le refroidissement du magma au plafond de la chambre provoque une cristallisation fractionnée de la phase liquide, les premiers cristaux à se former sont des minéraux basiques, plus lourds, qui décantent au fond de la chambre et laissent au sommet un magma enrichi en silice, ce qu'on appelle la différentiation du magma. Ainsi le début d'une éruption, particulièrement si la précédente est ancienne, pourra être caractérisé par une lave plus visqueuse et un type plus explosif que la suite. De plus, sur des périodes longues, le magma a tendance à dissoudre partiellement les roches encaissantes. Pour les volcans continentaux il s'agit en général de minéraux felsiques de la croûte qui vont là aussi enrichir le magma en silice. Dans ce cas plus le volcan vieillira plus sa lave sera visqueuse et ses éruptions explosives. Il y a des exceptions : si la chambre magmatique se trouve dans des sédiments calcaires, comme dans le cas du Vésuve, le magma deviendra de plus en plus basique et les éruptions de moins en moins explosives.

Éruptions effusives[modifier | modifier le code]

Les éruptions effusives émettent des laves basaltiques, pauvres en silice et donc très fluides et libérant leurs gaz volcaniques facilement. Les éruptions sont relativement calmes, sans grandes explosions et produisant de grandes coulées de lave. Ces « volcans rouges » sont ceux des points chauds comme ceux de Hawaii, le Piton de la Fournaise ou encore l'Etna. Le seul danger pour les populations sont les coulées de lave qui peuvent avancer à plusieurs dizaines de kilomètres par heure mais en général, les populations ont le temps d'évacuer tranquillement en emportant quelques affaires.

Éruption hawaïenne[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption hawaïenne.
Schéma d'une éruption hawaïenne.

L'éruption hawaïenne est caractérisée par des laves très fluides, basaltiques et pauvres en silice ce qui permet leur écoulement le long des flancs du volcan parfois sur des dizaines de kilomètres. Le dégazage de la lave est très aisé et son éjection peut se faire soit sous la forme de fontaines de laves de plusieurs centaines de mètres de hauteur et au débit régulier, soit sous la forme d'un lac de lave plus ou moins temporaire prenant place dans un cratère.

Peu dangereuses, ces éruptions peuvent néanmoins occasionner d'importants dégâts lorsque des infrastructures humaines sont touchées par les coulées de lave. Le risque humain est en revanche quasi nul car il n'y a aucun risque d'explosion et la lave laisse le temps d'évacuer.

Les volcans ayant des éruptions de type hawaïen sont le Mauna Kea, le Mauna Loa, le Piton de la Fournaise, le Nyiragongo, l'Erta Ale, etc.

L'indice d'explosivité volcanique de ce type d'éruption va de 0 à 1.

Éruption strombolienne[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption strombolienne.
Schéma d'une éruption strombolienne.

Style intermédiaire entre les types hawaïen et vulcanien, le type strombolien émet des laves moyennement fluides sous forme de coulées et des tephras comme des bombes volcaniques, des scories, etc projetés par des explosions fréquentes. Un nuage de cendre peut s'élever à quelques centaines de mètres de hauteur. La dangerosité dépend de la proximité des implantations humaines.

Les volcans ayant des éruptions de type strombolien sont le Stromboli ou encore l'Etna bien que ce dernier puisse parfois avoir des éruptions vulcaniennes.

L'indice d'explosivité volcanique de ce type d'éruption va de 1 à 2.

Éruptions explosives[modifier | modifier le code]

Les éruptions explosives émettent quant à elles des laves andésitiques, riches en silice et donc très visqueuses et libérant leurs gaz volcaniques difficilement. Ces éruptions ne forment pas de coulée de lave mais s'accompagnent plutôt d'explosions produisant de grandes quantités de cendres donnant naissance à des nuées ardentes et des panaches volcaniques. Environ 80 % des éruptions volcaniques se déroulent sur ce type de volcans[6]. Très dangereux car imprévisibles, ces types d'éruptions ne laissent parfois pas le temps d'évacuer les populations menacées par les gaz et les cendres brûlants. Les volcans les plus représentatifs sont les « volcans gris » de la « ceinture de feu du Pacifique » comme le Pinatubo, le Krakatoa, le Mayon ou encore le Merapi.

Éruption vulcanienne[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption vulcanienne.
Schéma d'une éruption vulcanienne.

Les laves basaltiques fluides s'écoulent plus difficilement dans le type vulcanien car elles sont plus riches en silice et leur dégazage est moins aisé. Des fontaines et des projections de lave donnent naissance à des coulées qui descendent le long du volcan et peuvent atteindre des constructions en contrebas.

Le risque humain est plus élevé car des projections de pierre ponce, cendres et bombes peuvent se produire et s'élever à plusieurs kilomètres de hauteur. L'éruption type est la dernière éruption du Vulcano entre 1888 et 1890.

L'indice d'explosivité volcanique de ce type d'éruption va de 2 à 5.

Éruption péléenne[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption péléenne.
Schéma d'une éruption péléenne.

Dans ce type d'éruption, la lave pâteuse ne s'écoule quasiment pas et a tendance à former un dôme de lave. Celui-ci, sous la pression du magma, peut se désagréger ou exploser en produisant des nuées ardentes et des panaches volcaniques. Très meurtrier en raison du caractère instable de l'éruption et de la vitesse des nuées ardentes, l'éruption type est celle de la montagne Pelée qui fit 28 000 morts en 1902 en Martinique.

Les volcans ayant des éruptions peléennes sont la montagne Pelée, la Soufrière de Montserrat, la Soufrière de la Guadeloupe, etc.

L'indice d'explosivité volcanique de ce type d'éruption va de 1 à 8.

Éruption plinienne[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption plinienne.
Schéma d'une éruption plinienne.

Dans ce type d'éruption, la lave est extrêmement pâteuse car très riche en silice. Les gaz volcaniques ne pouvant se libérer, la pression augmente dans la chambre magmatique et produit des explosions qui pulvérisent la lave et parfois le volcan en projetant des cendres à des dizaines de kilomètres de hauteur, atteignant ainsi la stratosphère. Le panache volcanique retombe en général sous son propre poids et dévaste les flancs du volcan à des kilomètres à la ronde. La présence de nappes phréatiques sur le chemin de la lave augmente le risque explosif et la dangerosité de ces volcans dont la première description fut celle du Vésuve en 79 par Pline le Jeune et qui détruisit Pompéi.

Les volcans ayant des éruptions pliniennes sont la majorité de ceux formant la « ceinture de feu du Pacifique » tels le Merapi, le Krakatoa, le Pinatubo, le mont Saint Helens ou encore le mont Augustine.

L'indice d'explosivité volcanique de ce type d'éruption va de 3 à 8.

Éruptions en présence d'eau[modifier | modifier le code]

Éruption surtseyenne[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption surtseyenne.
Schéma d'une éruption surtseyenne.

Les éruptions surtseyennes sont des éruptions qui mettent en cause de grandes quantités d'eau. Il s'agit en général d'éruptions sous-marines ou sous-lacustres proches de la surface, en général moins de cent mètres de profondeur, ou sous-glaciaires lorsque la chaleur du magma parvient à faire fondre de grandes quantités de glace[7].

Les volcans sous-marins ou sous-lacustres parvenant à atteindre la surface émergent de l'eau pour former une île au cours d'une éruption surtseyenne. L'île de Surtsey, qui a donné son nom à ce type d'éruption, est née de la sorte en 1963.

Lors d'une éruption surtseyenne, la surface du volcan se trouve à quelques mètres ou quelques dizaines de mètres sous la surface de l'eau. La pression de l'eau n'est alors plus suffisante pour éviter l'explosion de la lave à son contact. Des explosions « cypressoïdes », en forme de cyprès, se produisent alors, mélangeant lave et tephras refroidis, eau liquide et vapeur d'eau. Une fois que l'île a émergé, l'éruption se prolonge de manière classique selon le type de magma[8].

Si l'éruption est sous-glaciaire, il faut que l'eau de fonte se retrouve piégée au-dessus du volcan pour provoquer une éruption surtseyenne. Le Nevado del Ruiz n'a pas provoqué d'éruption surtseyenne lors de son éruption en 1985 car l'eau provenant de la fonte des glaces au sommet du volcan a dévalé les pentes du volcan en formant des lahars qui détruisirent la ville d'Armero. En revanche l'éruption du Grímsvötn en 1996 sous le Vatnajökull s'est transformée en éruption surtseyenne car les eaux de fonte de la calotte glaciaire ont formé un lac au-dessus du volcan. Lors de l'arrivée du magma à la surface, des projections cypressoïdes ont traversé la glace et le lac s'est vidé sous la forme d'un jökulhlaup.

L'indice d'explosivité volcanique de ce type d'éruption va de 2 à 5 mais il dépend grandement du type de magma, selon qu'il est basaltique ou andésitique.

Éruption sous-glaciaire[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption sous-glaciaire.
Schéma d'une éruption sous-glaciaire.

Éruption sous-marine[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption sous-marine.
Schéma d'une éruption sous-marine.

Éruption phréatique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption phréatique.
Schéma d'une éruption phréatique.

Éruption phréato-magmatique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption phréato-magmatique.

Éruption limnique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Éruption limnique.

Éruptions les plus meurtrières[modifier | modifier le code]

Éruption Volcan Pays Date Nombre de morts
Éruption du Tambora en 1815 Tambora Drapeau de l'Indonésie Indonésie 1815 92 000[9]
Éruption du Krakatoa en 1883 Krakatoa Drapeau de l'Indonésie Indonésie 1883 36 417[9]
Éruption du Vésuve en 79 Vésuve Drapeau de l'Italie Italie 79 > 1500 corps retrouvés, < 33 000 habitants probables de la région
Éruption de la montagne Pelée en 1902 Montagne Pelée Drapeau de la France France (Martinique) 1902 29 000[9]
Éruption du Nevado del Ruiz en 1985 Nevado del Ruiz Drapeau de la Colombie Colombie 1985 25 000[9]
Éruption du mont Unzen en 1792 Mont Unzen Drapeau du Japon Japon 1792 15 000
Éruption du Kelud en 1586 Kelud Drapeau de l'Indonésie Indonésie 1586 10 000
Éruption du Laki en 1783 Laki Drapeau de l'Islande Islande 1783 9 336[9]
Éruption du Santa María en 1902 Santa María Drapeau du Guatemala Guatemala 1902 6 000[9]
Éruption du Kelud en 1919 Kelud Drapeau de l'Indonésie Indonésie 1919 5 115[9]

Prédiction de la distance d'impact des téphras et de leur vitesse[modifier | modifier le code]

Lors d’une éruption volcanique, un volcan projette de la lave et des téphras. Pour estimer l'endroit ou ces projections vont tomber, on peut utiliser les équations suivantes :

Prédiction de la distance[modifier | modifier le code]

\Delta d_{h} =\vec V_{i}\Delta tcos\Theta

\Delta d_{v}= \vec V_{i}\Delta tsin\Theta+\frac{1}{2}\vec g(\Delta t)^{2}

avec :

\Delta d_{h} – Distance horizontale

\Delta d_{v} – Distance verticale

\vec V_{i} – Vitesse initiale

\Delta t – Temps

\vec g – Accélération gravitationnelle

cos\Theta – Cosinus de l’angle

sin\Theta – Sinus de l’angle

Prédiction de la vitesse[modifier | modifier le code]

Le professeur Lionel Wilson, de l’Université de Lancaster, utilise le théorème de Bernoulli modifié pour calculer la vitesse d'éjection des projections :

\frac{1}{2}U_{s}^2=\frac{P_{i}-P_{s}}{S_{c}}

avec :

U_{s} - Vitesse d'éjection

P_{i} - Pression dans le gaz

P_{s} - Pression atmosphérique

S_{c} - Densité du magma


Wilson utilise également une seconde équation dérivée du théorème de Bernoulli, l’équation du canon, qui est utilisée pour calculer la vitesse de projectiles rapides passant par une ouverture étroite :

P_{i}=\frac {4mU_{s}^2}{27gAb}

avec :

P_{i} - Pression initiale

m - Masse du projectile

U_{s} - Vitesse d'éjection

g - Accélération gravitationnelle

A - Région où la pression est appliquée

b - Constante de Bernoulli

Sources[modifier | modifier le code]

Annexes[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

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Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Jean-Claude Tanguy, Les volcans, Éditions Jean-paul Gisserot,‎ 1999, p. 45
  2. (en) Kilauea. Eruption history, Smithsonian Institution
  3. (en) How Long do Volcanic Eruptions Last?, données de volcanolive.com
  4. (en) Volcanoes : types of eruptions
  5. (en) Bernie Joyce, Volcano tourism in the New Kanawinka Global Geopark of Victoria and SE South Australia, chapitre 20 de Patricia Erfurt-Cooper et Malcolm Cooper, Volcano And geothermal tourism
  6. (en) Smithsonian Institution - Part du nombre d'éruptions en fonction du type de volcan
  7. (en) Library ThinkQuest - Éruptions phréato-magmatiques
  8. (en) Smithsonian Institution - Éruption surtseyenne
  9. a, b, c, d, e, f et g (fr) Jacques-Marie Bardintzeff, Connaître et découvrir les volcans, Genève, Suisse, Liber,‎ octobre 1997, 209 p. (ISBN 2-88143-117-8), p. 163-166