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Au chevet des volcans

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Marie Pinhas-Diena, responsable de la communication scientifique l T. 01 44 27 22 89 l M. marie.pinhas@upmc.fr

Il y a 110 ans, la Montagne Pelée

Volcanisme explosif en zones de subduction

 

La Montagne Pelée, située dans la partie nord de la Martinique, est l'un des volcans les plus actifs de l'arc des Petites Antilles. Deux périodes d’activité éruptives ont eu lieu au XXe siècle (1902-1904 et 1929-1932). Les éruptions de 1902 ont détruit les ...

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Au chevet des volcans

Vésuve, Etna, Mont Saint Helens, Piton de la Fournaise, Montagne Pelée, Pinatubo, Soufrière Hills à Montserrat… Depuis l’Antiquité, les volcans, ces fascinants édifices à la fois menaces et terres nourricières, mobilisent tout autant les populations alentour que la communauté scientifique. Benoît Villemant, professeur à l’Institut des Sciences de la Terre de Paris (iSTeP, CNRS/UPMC), revient sur la volcanologie moderne qui, en trente ans, a permis d’approfondir la connaissance des mécanismes de fonctionnement et d’affiner les outils de surveillance et de prévision.

 

En quoi consiste votre travail ? Quel est votre champ d’actions ?

Benoît Villemant. La volcanologie est un sujet transdisciplinaire qui fait appel à de nombreuses spécialités des sciences de la Terre (sismologie, géodésie, physique des roches, pétrologie, géochimie, hydrologie, mécanique des fluides...) avec des approches complémentaires et des instruments variés (terrain, observation satellitaire, mesures géophysiques et géochimiques, modélisation expérimentale et numérique). Géochimiste de formation, je travaille en étroite collaboration avec des géologues de terrain.

 

Je m’intéresse aux éruptions volcaniques, aux différents styles éruptifs et aux mécanismes qui les déterminent. Pour cela j’étudie et analyse les produits volcaniques (solides comme les ponces, les bombes, les coulées… mais aussi fluides comme les gaz et eaux thermales). L’épisode éruptif proprement dit est en général un événement très court (quelques heures à quelques jours, rarement plus) dont le style (effusif, explosif…) est le plus souvent déterminé à de faibles profondeurs dans le conduit d’alimentation (quelques centaines de mètres) même si les magmas proviennent eux de plusieurs kilomètres de profondeur. Les prélèvements de produits volcaniques durant l’épisode éruptif est souvent très difficile mais les analyses des produits prélevés après l’événement et au cours de la surveillance volcanologique (avant, pendant et après l’éruption) en utilisant les méthodes de la minéralogie, la pétrologie, la géochimie permettent de reconstituer l’histoire de l’éruption.

 

Quels sont les types d’éruption ?

B. V. Il en existe deux grands types. Les éruptions effusives qui ne sont pas violentes, et produisent par exemple des coulées de lave fluides (comme au Puy de la Vache dans le Massif Central) ou donnent des éruptions à dômes sans explosion (comme à Soufrière Hills à Montserrat en activité depuis 1995 ou le puy de Dôme). Dans le cas de ces éruptions effusives à dômes, le magma monte lentement sous forme de panneaux qui construisent progressivement un dôme qui s’écroule souvent partiellement du fait de l’instabilité du système (comme dans le cas de la célèbre aiguille de la Montagne Pelée en 1902). Dans de très rares cas on peut avoir des éruptions explosives à dômes comme dans le cas du 8 mai 1902 à la Montagne Pelée, ou du Puy Chopine dans le Massif Central. On peut avoir aussi l’association de styles effusifs (coulées de laves) et faiblement explosifs (cônes stromboliens) comme dans la Chaîne des Puys.

 

Les éruptions explosives sont plus spectaculaires mais moins fréquentes à l’échelle du globe. Les magmas contiennent des éléments volatils (majoritairement de l’eau) qui sont les moteurs des mécanismes éruptifs. Les magmas riches en volatils et visqueux (riches en silice) donnent souvent lieu à des éruptions explosives. Lors de la remontée du magma les gaz dissous dans le liquide magmatique s’exsolvent sous forme de bulles mais, contrairement aux éruptions effusives, elles y restent piégées et grossissent progressivement. Lorsqu’elles sont très abondantes elles fragmentent le magma : c’est l’explosion qui expulse alors du conduit gaz et fragments de magma de manière brutale. Un immense panache fait de ponces (magma vésiculé), de cendres et de gaz s'élève dans l'atmosphère à plusieurs km de hauteur (jusqu’à 30 à 50 km) : on parle de d’éruption plinienne. Le panache (ou colonne plinienne) est peu dense et les différents produits qui la composent retombent à des distances plus ou moins grande du conduit en fonction de leur densité. Les produits les plus denses retombent plus ou moins verticalement et dévalent les pentes du volcan : c'est la coulée pyroclastique. Ce style éruptif a été décrit pour la première fois par Pline le Jeune au cours de l’éruption du Vésuve en l’an 79, Pline l’Ancien son père, est mort au cours de cette éruption.

 

Peut-on prévoir le cours des événements ?

B. V. Les chercheurs travaillent depuis longtemps sur l’aléa. Ils sont capables de préciser dans un contexte donné les styles éruptifs possibles et parfois anticiper le passage d’un aléa à un autre. C’est bien là le rôle de la recherche fondamentale et de la production de modèles éruptifs. L’étude fine (à petite échelle de temps) des données acquises sur le terrain permet de comprendre les évolutions d’un volcan au cours d’un cycle éruptif, voire d’une éruption. On a longtemps associé un volcan à un type éruptif donné (hawaiien, strombolien, péléen…). En réalité, une éruption peut évoluer brutalement d’un style éruptif à l’autre. Dans le cas de la Montagne Pelée en 1902, l’activité éruptive est passée d’un style explosif à dôme (le 8 mai 1902), à des événements de type effusifs à dôme et explosifs pliniens de faible intensité. Un peu plus au Nord dans les Antilles, le volcan de Soufrière Hills à Montserrat actif depuis 1995, est caractérisé par un style effusif à dômes avec quelques rares explosions de type plinien.

 

Avez-vous une région de prédilection ?

B. V. La plupart des zones d’études se trouvent à l’étranger. Cependant, les territoires français sont soumis à un risque sismique et/ou volcanologique significatif placé sous haute surveillance. C’est le cas des Petites Antilles (Martinique et Guadeloupe) dotées de deux observatoires et d’autres îles volcaniques de l’Arc, en particulier la Dominique et Montserrat. Nous avons également travaillé sur l’île de la Réunion (Piton de la Fournaise) et en Italie (Vésuve).

 

Quelles les méthodes d’analyse ?

B. V. Pour les reconstitutions des histoires éruptives, les méthodes de datation sont indispensables : par exemple, la datation au carbone 14 sert énormément avec une contrainte et une limitation : la nécessaire présence d’éléments carbonés (comme de la végétation brûlée) et une datation impossible au-delà de 45.000 ans. La thermoluminescence, la datation potassium/argon, la datation uranium/thorium, le paléomagnétisme (détection de l’inversion du champ magnétique dans les coulées, mesures d’intensités) ont connu un essor considérable ces dernières années.

 

Les analyses chimiques ou pétrologiques et la pétrologie expérimentale permettent de reconstruire et de simuler les conditions de pression, de température, de composition chimique et en particulier de teneurs en volatils des magmas en profondeur et au cours de leur remontée vers la surface. Ces études aident à la compréhension des processus magmatiques et volcaniques (dégazage, cristallisation, vitesse d’ascension, déformation). Parmi les méthodes géophysiques, les observations spatiales multi-paramètres sont en plein essor et viennent par exemple compléter l’étude des déformations des volcans actifs par altimétrie radar comme dans les Andes ou à l’Etna.

 

Étudiez-vous les volcans sous-marins ?

B. V. La campagne de forages IODP 340 en mer Caraïbe, au large de l’arc des Petites Antilles qui a eu lieu en avril 2012 a permis d’échantillonner la succession des événements volcaniques récents (<2 millions d’années) En effet, l’histoire des îles volcaniques est bien mieux préservée en mer qu’à terre. Le matériel éjecté en mer est recouvert par des sédiments qui le protègent, tandis qu’à terre, il s’érode rapidement, en particulier en domaine tropical et est souvent détruit par les événements volcaniques postérieurs. Les études à venir de ces carottes devraient permettre de reconstruire la téphrostratigraphie locale et régionale (succession des événements volcaniques).

 

Qu’en est-il des super volcans et des geysers ?

B. V. Une activité de super volcan (comme Yellowstone par exemple) est un événement exceptionnel et qui n’apparaît pas du jour au lendemain : la surveillance volcanologique qui a énormément progressé ces dernières décennies doit permettre de prévoir ces événements de grande ampleur à long terme. De la même façon, la catastrophe de la Montagne Pelée du 8 mai 1902 serait évitée aujourd’hui. Contrairement au risque sismique où l’on ne sait pas prévoir à court terme un événement particulier, le risque volcanique est mieux maîtrisé, et c’est le fruit d’une avancée récente de cette discipline : on peut relativement bien prévoir et définir l’évolution possible d’une activité volcanique sur le moyen terme (quelques années ou quelques mois, parfois à très court terme comme au Piton de la Fournaise).

 

Un geyser est une manifestation périvolcanique liée à une activité hydrothermale c'est-à-dire lié à une anomalie thermique dans un système phréatique. On n’a pas forcément de magma à proximité. Les geysers ne peuvent se manifester que lors de période de faible activité volcanique. S’il par contre des interactions directes entre l’eau et le magma, ont lieu, cela peut produire des éruptions extrêmement violentes, dites phréatiques ou phréatomagmatiques.

 

Pour en savoir plus :

Institut des sciences de la Terre de ParisNouvelle fenêtre

 

Le programme intégré de forage océanique IODPNouvelle fenêtre (Integrated Ocean drilling Program), programme de recherche international, explore l’histoire et la structure de la terre, enregistrées dans les roches et les sédiments du plancher océanique. C’est par la réalisation de forages océaniques que le programme permet aux scientifiques d’étudier les changements climatiques, la biodiversité, la géophysique et la géodynamique du globe.



13/09/12