HISTOIRE DES VOLCANS

Répartition mondiale du volcanisme terrestre

Le cratère fumant du Bromo (second plan) et le Semeru en éruption (dernier plan), Île de Java, Indonésie, juillet 2004.

Fumeurs noirs au niveau de la dorsale médio-Atlantique

Éruption strombolienne : projections de lave de cent mètres de haut sur le Stromboli, Italie, 1980

 Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé à la suite de l'éjection et de l'empilement de matériaux issus du manteau (sous forme de laves, cendres, etc). L'accumulation peut atteindre des milliers de mètres d'épaisseur formant ainsi des montagnes ou des îles. La nature des matériaux, le type d'éruption, leur fréquence et l'orogenèse donnent aux volcans des formes variées mais prenant en général l'aspect d'une montagne conique couronnée par un cratère ou une caldeira.

Le lieu principal de sortie des matériaux lors d'une éruption se situe dans la plupart des cas au sommet du volcan, là où débouche la cheminée volcanique, mais il arrive que des ouvertures latérales apparaissent sur les flancs ou aux pieds du volcan.

Deux grands types de volcans existent sur Terre :

les « volcans rouges » aux éruptions effusives relativement calmes et émettant des laves fluides sous la forme de coulées. Ce sont les volcans de « point chaud » et les volcans sous-marins des dorsales océaniques.
les « volcans gris » aux éruptions explosives et émettant des laves pâteuses et des cendres sous la forme de nuées ardentes (ou coulées pyroclastiques) et de panaches volcaniques. Ils sont principalement associés au phénomène de subduction (par exemple les volcans de la « ceinture de feu du Pacifique »).

Le volcanisme est l'ensemble des phénomènes associés aux volcans et à la présence de magma. La volcanologie (ou vulcanologie) est la science de l'étude, de l'observation et de la prévention des risques des volcans.

Le mot « volcan » tire son origine de Vulcano, une des Îles Éoliennes nommée en l'honneur de Vulcain, le dieu romain du feu. Son équivalent dans le panthéon grec est Héphaïstos.

Un volcan est formé de différentes structures que l'on retrouve en général chez chacun d'eux :

une chambre magmatique alimentée par du magma venant du manteau et jouant le rôle de réservoir et de lieu de différentiation du magma. Lorsque celle-ci se vide à la suite d'une éruption, le volcan peut s'affaisser et donner naissance à une caldeira. Les chambres magmatiques se trouvent entre dix et cinquante kilomètres de profondeur dans la lithosphère.
une cheminée principale qui est le lieu de transit privilégié du magma de la chambre magmatique vers la surface.
un cratère sommital où débouche la cheminée principale.
une ou plusieurs cheminées secondaires partant de la chambre magmatique ou de la cheminée principale et débouchant en général sur les flancs du volcan, parfois à sa base. Elles peuvent donner naissance à des petits cônes secondaires.
des fissures latérales qui sont des fractures longitudinales dans le flanc du volcan provoquées par son gonflement ou son dégonflement. Elles peuvent permettre l'émission de lave sous la forme d'une éruption fissurale.

Suivant le type de lave qu'ils émettent et le type d'éruption, les volcans peuvent prendre différentes formes :

volcan bouclier : le diamètre est très supérieur à la hauteur à cause de la fluidité de leurs laves qui peuvent parcourir des kilomètres avant de s'arrêter. Le Mauna Kea, l'Erta Ale ou le Piton de la Fournaise en sont des exemples

volcan faille : il s'agit en général d'une ouverture linéaire dans la croûte terrestre ou océanique par laquelle s'échappe de la lave fluide. Les volcans des dorsales se présentent sous forme de faille tout comme le Laki ou le Krafla.

Magma 
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Le magma est le matériau de consistance fluide à visqueuse, sous pression, contenant des gaz, non cristallisé qui s'est formé à partir de la fusion partielle ou totale du manteau (anatexie) au niveau d'un point de chaleur (point chaud), de décompression (dorsale) et/ou d'un apport d'eau (fosse de subduction). Généralement, il remonte vers la surface et se stocke dans la lithosphère en formant une chambre magmatique. Dans cette chambre, il peut subir une cristallisation totale ou partielle et/ou un dégazage qui commence à le transformer en lave. Si la pression devient suffisante pour qu'il soit éjecté à la surface, il remonte le long d'une cheminée volcanique et est émis sous forme de lave, c'est à dire totalement ou partiellement dégazé.

  
Lave pahoehoe émise par le Kilauea, Hawaii, États-Unis
Lave aa émise par le Kilauea, Hawaii, États-UnisSelon que le magma provienne de la fusion du manteau ou d'une partie de la lithosphère, il n'aura ni la même composition minérale, ni la même teneur en eau ou en gaz, ni la même température. De plus, selon le type de terrain qu'il traverse pour remonter à la surface et la durée de son séjour dans la chambre magmatique, il va soit se charger soit se décharger en minéraux, en eau et/ou en gaz et va plus ou moins se refroidir.

Pour toutes ces raisons, les tephras et les laves ne sont jamais exactement les mêmes d'un volcan à un autre, ni même parfois d'une éruption à une autre sur le même volcan.

Les matériaux émis par les volcans sont généralement des roches composées de microlites noyés dans un verre magmatique.

 Dans le basalte, les minéraux les plus abondants sont la silice, les pyroxènes et les feldspaths alors que l'andésite est plus riche en silice et en feldspaths.

La structure de la roche varie également : si les cristaux sont fréquemment petits et peu nombreux dans les basaltes, ils sont en revanche généralement plus grands et plus nombreux dans les andésites, signe que le magma est resté plus longtemps dans la chambre magmatique[8]. 95 % des matériaux émis par les volcans sont des basaltes ou des andésites.

Le matériau le plus connu émis par les volcans est la lave sous forme de coulées. De type basaltique (provenant de la fusion du manteau dans le cas d'un volcanisme de point chaud, de dorsale ou de rift) ou andésitique (provenant de la fusion de la lithosphère dans le cas d'un volcanisme de subduction, plus rarement de type carbonatique, elles sont formées de laves fluides qui s'écoulent le long des flancs du volcan.

La température de la lave est comprise entre 700 et 1 200 °Cet les coulées peuvent atteindre des dizaines de kilomètres de long, une vitesse de cinquante kilomètres par heure et progresser dans des tunnels de lave. Elles peuvent avoir un aspect lisse et satiné (« pahoehoe » ou « lave cordée ») ou un aspect rugueux et coupant (« aa »). Les coulées de ces laves, faisant parfois plusieurs mètres d'épaisseur, peuvent mettre des dizaines d'années à se refroidir totalement.

 Dans certains cas exceptionnels, de la lave en fusion peut remplir le cratère principal ou un cratère secondaire et former un lac de lave. La survie des lacs de lave résulte d'un équilibre entre apport de lave venant de la chambre magmatique et débordement à l'extérieur du cratère associé à un brassage permanent par des remontées de gaz volcanique afin de limiter le durcissement de la lave.

Ces lacs de lave ne naissent que lors d'éruptions hawaïennes, la grande fluidité de la lave permettant la formation et le maintient de ces phénomènes. Le Kilauea à Hawaii et le Piton de la Fournaise à la Réunion sont deux volcans qui possèdent des lacs de lave lors de certaines de leurs éruptions. L'Erta Ale en Éthiopie est le seul volcan au monde à posséder un lac de lave de manière quasi permanente. Lors de certaines éruptions, le lac de lave se vide ou au contraire son niveau remonte jusqu'à déborder et former des coulées sur les pentes du volcan.

 
Bombe volcanique sur un lit de tephras (cendres et scories), volcan Capelinhos, Açores, PortugalLe plus souvent, les matériaux volcaniques sont composés de tephras (ou éjectas) : cendres, lapilli, scories, pierres ponces, bombes volcaniques, blocs rocheux ou basaltiques, obsidienne, etc. Il s'agit de magma et de morceaux arrachés du volcan qui sont pulvérisés et projetés parfois jusqu'à des dizaines de kilomètres de hauteur dans l'atmosphère. Les plus petits étant les cendres, il leur arrive de faire le tour de la Terre, portées par les vents dominants.

 Les bombes volcaniques, éjectas les plus gros, peuvent avoir la taille d'une maison et retombent en général à proximité du volcan. Lorsque les bombes volcaniques sont éjectées alors qu'elles sont encore en fusion, elles peuvent prendre une forme en fuseau lors de leur trajet dans l'atmosphère, en bouse de vache lors de leur impact au sol ou en croûte de pain en présence d'eau.

Les lapilli, qui ressemblent à de petits cailloux, peuvent s'accumuler en épaisses couches et former ainsi la pouzzolane.

 Les pierres ponces, véritable mousse de lave, sont si légères et contiennent tellement d'air qu'elles peuvent flotter sur l'eau. Enfin quand de fines gouttes de laves sont éjectées et portées par les vents, elles peuvent s'étirer en de longs filaments appelés « cheveveux de pélé)

Le volcanisme est intimement lié à la tectonique des plaques et aux lieux d'apparition des séismes. En effet, c'est en général à la jonction entre deux plaques tectoniques que le manteau peut se liquéfier et donner naissance à des volcans.

Au niveau des dorsales, l'écartement de deux plaques tectoniques aminci la lithosphère ce qui permet la sortie du magma. Entre les deux bords du rift, une intense activité volcanique se produit alors sous la forme d'émission de lave fluide qui prend la forme de « pillow lava » ou « lave en coussin ». Lorsque le rift est continental comme c'est le cas en Afrique orientale (Vallée du grand rift), des volcans effusifs voient alors le jour comme l'Ardoukoba.

 
Lorsque deux plaques tectoniques se chevauchent, la plaque océanique, glissant sous l'autre plaque océanique ou continentale, plonge dans le manteau et fond. L'eau contenue dans la lithosphère s'en échappe alors et vient hydrater le manteau, provocant sa fusion partielle en abaissant son point de fusion.

Ce magma remonte et perce la plaque chevauchante, créant des volcans. Si la plaque chevauchante est une plaque océanique, un arc insulaire volcanique se formera lorsque les volcans donnerons naissance à des îles.

C'est le cas des Aléoutiennes, du Japon ou des Antilles. Si la plaque chevauchante est une plaque continentale, les volcans se situerons sur le continent, en général dans une cordillère. C'est le cas des volcans des Andes ou des Rocheuses.

 Ce type de volcan, à la lave andésitique et visqueuse, sont en général des volcans gris, explosifs et dangereux. La « ceinture de feu du Pacifique » est formée en quasi majorité de ce type de volcan.

Il arrive parfois que des volcans naissent loin de toute limite de plaque lithosphérique. Il s'agit en général de volcans de point chaud. Les points chauds sont des panaches de magma en fusion venant des profondeurs du manteau et perçant les plaques lithosphériques.

Étant fixes et la plaque lithosphérique se déplaçant sur le manteau, des volcans se créent successivement et s'alignent alors, le plus récent étant le plus actif car à l'aplomb du point chaud. Lorsque le point chaud débouche sous un océan, il va donner naissance à un chapelet d'îles alignées comme c'est le cas pour l'archipel d'Hawaii ou des Mascareignes. Si le point chaud débouche sous un continent, il va alors donner naissance à une série de volcans alignés. C'est le cas du Mont Cameroun et de ses voisins.

Cas exceptionnel, il arrive qu'un point chaud débouche sous une limite de plaque lithosphérique. Dans le cas de l'Islande, l'effet d'un point chaud se combine à celui de la dorsale médio-atlantique, donnant ainsi naissance à un immense empilement de lave permettant l'émersion de la dorsale. Les Açores ou les Galapagos sont d'autres exemples de points chauds débouchant sous une limite de plaque lithosphérique, en l'occurrence des dorsales.

La naissance d'un nouveau volcan est un phénomène relativement rare mais qui a pu être observée en 1943 avec le Paricutín : une fracture laissant s'échapper des fumées et de la lave dans un champ a donné naissance à un volcan de 460 mètres de haut en neuf mois.

En 1963, le volcan sous-marin de Surtsey émergea au sud de l'Islande formant ainsi une nouvelle île et un nouveau volcan terrestre.

De manière générale, les volcans subissent plusieurs éruptions au cour de leur vie. Il arrive que des volcans ne se forment qu'en une seule éruption, puis s'endorment ou s'éteignent pendant des dizaines ou des centaines de milliers d'années. Il s'agit de volcans monogéniques. Les volcans de la Chaîne des Puys dans le Massif central se sont formés entre 11500 av.J.-C. et 5000 av.J.-C. au cours d'une seule éruption pour chaque édifice volcanique et n'ont plus jamais montré de signe d'activité.

 
Début de l'éruption de l'Edfell près de la ville d'Heimaey, îles Vestmann, Islande, 1973
Une éruption volcanique survient lorsque la chambre magmatique sous le volcan est mise sous pression avec l'arrivée de magma venant du manteau. Elle peut alors éjecter plus ou moins de gaz qu'elle contenait selon son remplissage en magma. La mise sous pression est accompagnée d'un gonflement du volcan et de séismes très superficiels localisés sous le volcan, signe que la roche se déforme. La remontée de la lave se faisant généralement via la cheminée principale, elle est accompagnée d'un dégazage de la cheminée, d'un trémor (vibration constante et très légère du sol) et d'un essaim de petits séismes concentrés le long de la cheminée.

L'éruption débute au moment où la lave atteint l'air libre. Selon le type de magma, elle s'écoule sur les flancs du volcan ou s'accumule au lieu d'émission, formant un bouchon de lave qui peut donner des nuées ardentes et/ou des panaches volcaniques lorsque celui-ci explose. Selon la puissance de l'éruption, la morphologie du terrain, la proximité de la mer, etc il peut survenir d'autres phénomènes accompagnant l'éruption : séismes importants, glissements de terrain, tsunamis,...

La présence éventuelle d'eau sous forme solide (calotte glaciaire, glacier, neige) ou liquide (lac de cratère, nappe phréatique, rivière, mer ou océan, etc) va provoquer au contact des matériaux ignés (magma, lave ou tephras) leur explosion ou augmenter leur pouvoir explosif. En fragmentant les matériaux et en augmentant brutalement de volume en se transformant en vapeur, l'eau agit comme un aggravateur du pouvoir explosif d'une éruption volcanique qui sera alors qualifiée de phréatique ou de magmato-phréatique. La fonte de glace ou de neige par la chaleur du magma peut également provoquer des lahars lorsque l'eau entraîne des tephras ou des jökulhlaups comme ce fut le cas pour le Grímsvötn en 1996.

L'éruption se termine lorsque la lave n'est plus émise. Les coulées de lave, cessant d'être alimentées, s'immobilisent et commencent à se refroidir et les cendres, refroidies dans l'atmosphère, retombent à la surface du sol. Mais les changements dans la nature des terrains par le recouvrement des sols par la lave et les tephras parfois sur des dizaines de mètres d'épaisseur peuvent créer des phénomènes destructeurs et meurtriers. Ainsi les cendres tombées sur des cultures les détruisent et stérilisent la terre pour quelques mois à quelques années, une coulée de lave bloquant une vallée peut créer un lac qui noiera des régions habitées ou cultivées, des pluies tombant sur les cendres peuvent les emporter dans les rivières et créer des lahars,...

Une éruption volcanique peut durer de quelques heures à plusieurs années et éjecter des volumes de magma de plusieurs centaines de kilomètres cubes. La durée moyenne d'une éruption est d'un mois et demi mais de nombreuses ne durent qu'une journée. Le record absolu est celui du Stromboli qui est quasiment en éruption depuis environ 2 400 ans

Lors des débuts de la volcanologie, l'observation de quelques volcans a été à l'origine de la création de catégories basées sur l'aspect des éruptions et le type de lave émise. Chaque type est nommé selon le volcan référent. Le grand défaut de cette classification est d'être assez subjectif et de mal tenir compte des changements de type d'éruption d'un volcan.

Le terme de « cataclysmique » peut être rajouté lorsque la puissance de l'éruption entraîne de lourds dégâts environnementaux et/ou humains comme ce fut le cas pour le Santorin vers 1600 av.J.-C. qui anéantit la civilisation minoenne, le Vésuve en 79 qui détruisit Pompéi, le Krakatoa en 1883 qui engendra un tsunami de quarante mètres, le Mont Saint Helens en 1980 qui rasa des hectares de forêt,...

Afin d'introduire une notion de comparaison entre les différentes éruptions volcaniques, l'indice d'explosivité volcanique fut mis au point par deux volcanologues de l'Université d'Hawaii en 1982. L'échelle, ouverte et partant de zéro, est définie selon le volume des matériaux éjectés, la hauteur du nuage d'éruption, et des observations qualitatives.

Il existe deux grands types d'éruptions volcaniques dépendant du type de magma émis : effusives associées aux « volcans rouges » et explosives associées aux « volcans gris ». L'éruption surtseyenne est une éruption phréato-magmatique qui peut survenir sur n'importe quel type de volcan du moment qu'il est recouvert d'eau (mer, lac, etc).

Les éruptions effusives émettent des laves basaltiques, pauvres en silice et donc très fluides et libérant leurs gaz 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 d'Hawaii ou le Piton de la Fournaise ou encore représentés par 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 : fontaines et coulées de lave fluide à Hawaii, États-Unis : Elle est caractérisée par des laves très fluides, basaltiques et pauvres en silice ce qui permet un 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. 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,..

 
Éruption strombolienne : projections de lave de cent mètres de haut sur le Stromboli, Italie, 1980Style intermédiaire entre les types hawaïen et vulcanien, le type strombolien émet des laves moyennement fluides sous forme de coulées et des tephras (bombes volcaniques, 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, l'Etna ...

Les éruptions explosives émettent quant à elles des laves andésitiques, riches en silice et donc très visqueuses et libérant leur gaz 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. 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 » : Pinatubo, Krakatoa, Mayon, Merapi,...

 
Éruption vulcanienne : l'Etna vue de la station spatiale internationale, Italie, 2002 :

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.

 
 
Éruption peléenne : nuées ardentes sur le volcan Mayon, Philippines, 1984 : 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,...
 
 
 
Éruption plinienne : panache volcanique du Pinatubo, Philippines, 1991 :

Dans ce type d'éruption, la lave est extrêmement pâteuse car très riche en silice. Les gaz 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 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 » : Merapi, Krakatoa, Pinatubo, Mont Saint Helens, Mont Augustine,...

 
Éruption surtseyenne : naissance de l'île de Surtsey, Islande, 1963 :

Les éruptions surtseyennes sont des éruptions phréato-magmatiques 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.

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.

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.

Certains reliefs ou paysages résultent du produit direct des éruptions. Il s'agit des cô