1 - Les éruptions explosives

Une éruption n’est pas forcement liée au volcan qui la provoque. En effet, certains volcans peuvent « changer d’humeur » au cours de leur vie ou même au cours d’une même éruption. Penchons-nous donc d’abord sur des éruptions explosives de célèbres volcans pour en dégager leurs caractéristiques principales.

• Eruption explosive : l'Etna (Sicile, Italie)

Comme représentant des éruptions explosives, nous avons choisi l’Etna (Sicile, Italie), le plus grand volcan d’Europe, à la fois explosif et effusif, car il est très étudié et l'on peut se procurer de nombreuses images de ses éruptions.

Nous avons donc compilé des vidéos de ses éruptions explosives pour en dégager les caractéristiques principales :



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Si vous n'arrivez pas à visualiser la vidéo, téléchargez-la

Par ailleurs, nous avons utilisé le logiciel KWare Erupt pour simuler différentes éruptions explosives (peléenne, vulcanienne, plinienne) :




Simulation d'une éruption peléenne


Simulation d'une éruption plinienne


Simulation d'une éruption vulcanienne




On peut en déduire les caractéristiques principales des éruptions explosives :

• Les explosions sont très violentes

• Du magma est projeté à une très haute altitude

• De gros matériaux volcaniques, bombes, roches (magma solidifié : tephra) sont expulsées à une grande distance du cratère

• Des panaches de cendres s’élèvent à des kilomètres au-dessus du cratère

• Des explosions projetent un mélange de cendres, de magma et de gaz qui reste en suspension puis retombe en dévalant les pentes du volcan

• Eruption effusive : le Kilauea (Hawaï, USA)

A l'inverse, les éruptions effusives sont plus calmes et lave s'écoule de façon fluide. Le hawaïen Kilauea en est un parfait représentant :



<object style="width:320px;height:260px"> <param name="movie" value="./fichiers/flvplayer.swf?file=kilauea.flv" /> <param name="quality" value="high" /> </object>
Si vous n'arrivez pas à visualiser la vidéo, téléchargez-la

De même, nous avons simulé différentes éruptions effusives (hawaïenne, strombolienne) :




Simulation d'une éruption hawaïenne


Simulation d'une éruption strombolienne




On en déduit donc les caractéristiques principales des éruptions effusives :

• De la lave très fluide s'écoule lentement sur les flancs du volcan

• La vitesse et la force de l'éruption est beaucoup plus faible

• La distance du cratère et l'altitude sont très faibles

• Il n'y a pas d'explosions, pas de projections

• On observe des fontaines et des bulles de lave

• Il n'y a pas d'explosions, pas de projections

On peut donc en déduire les caractéristiques principales du volcanisme explosif par rapport au volcanisme effusif :

• Grandes explosions violentes projetant magma solidifié, cendre et lave à des grandes distances

• Pas de coulées de lave

• Magma visqueux

• Grands panaches de cendres s’élevant au dessus du cratère

• Création d’un mélange de cendres, de gaz et de magma s’élevant puis dévalant les flancs du volcan : on l’appellera nuée ardente ou coulée pyroclastique

Cependant, on peut se demander quels facteurs déterminent le type d’éruption à l’intérieur d’un volcan

En réalisant les deux expériences qui reproduisent les éruptions effusive et explosive, on peut constater que :

• Dans le premier cas (effusif): le magma s’écoule lentement sur les pentes du volcan donc il a déjà dégazé avant de sortir du cratère

• Dans le second cas (explosif): à l’inverse, le magma visqueux retient ses gaz prisonniers jusqu’au cratère. Ceux-ci qui font augmenter la pression, le magma étant coincé dans la cheminée par un dôme, et, finalement, le font céder et s’échappent d'un seul coup en entraînant le magma : cela provoque une explosion

C'est donc la viscosité qui détermine le type d’éruption

On peut donc se demander qu’est-ce qui détermine la viscosité d’un magma :

Pour déterminer l'origine de la viscosité du magma, on va tester différents facteurs avec le logiciel KWare Magma, qui détermine les propriétés du magma en fonction de différents facteurs.
Pour simplifier, nous allons considérer qu'ils n'existent que deux types de magma : le basalte (fluide) et l'andésite (visqueux), qui sont les deux principaux types

• Rôle du type de composant principal

• 1 : Composition andésitique classique sans eau : la viscosité est de 4,97.10⁴ Pa-s

  

• 2 : Composition basaltique classique sans eau : la viscosité est de 1,52.10³

Pa-s


=> l'andésite est plus visqueuse que le basalte



• Rôle de la teneur en Silice (SiO₂)

• 1 : Magma classique riche en SiO₂ (70%): la viscosité est de 1,93.10⁵ Pa-s

  

• 2 : Magma classique pauvre en SiO₂ (30%): la viscosité est de 8,02.10² Pa-s

  


=> le Silice est un des responsables de la viscosité du magma (car les liaisons covalentes Si-O-Si qu'il construit crée une architecture rigide et donc visqueuse)



• Rôle de la teneur en eau (H₂O)

• 1 : Composition andésitique classique sans eau :
  la viscosité est de 4,97.10⁴ Pa-s

  

• 2 : Composition andésitique classique avec eau (5%) :
  la viscosité est de 1,09.10² Pa-s

  


=> l'eau est responsable de la fluidité du magma (car elle détruit les liaisons covalentes)
(On peut faire la même expérience avec un basalte, cela nous donnera le même résultat)



• Rôle de la température

• 1 : Composition andésitique classique à température normale (1000°C) : la viscosité est de 4,97.10⁴ Pa-s

  

• 2 : Composition andésitique classique à faible température (600°C) : la viscosité est de 2,65.10¹⁰ Pa-s

  

• 3 : Composition andésitique classique à forte température (1500°C) : la viscosité est de 4,02.10¹ Pa-s

  


=> l'augmentation de la température favorise la fluidité (car elle détruit les liaisons covalentes)



• Rôle de la pression


Curieusement, la pression n'a aucun effet sur la viscosité dans le logiciel, que ce soit le basalte ou l'andésite. Pourtant, on sait pertinemment qu'à cause des gaz dissous, la magma visqueux (explosif) a une grande pression alors que le magma fluide (effusif), totalement déchargé de ses gaz, a une pression quasi-normale.

=> Les hautes pressions sont caractéristique du magma visqueux

• Rôle de la teneur en gaz dissous


Le rôle des gaz dissous est important mais n’est pas présent dans le logiciel mais l’on sait qu’un magma visqueux contient encore beaucoup de gaz à la sortie du cratère, car c’est ce qui va lui permettre d’exploser. A l’inverse, le magma fluide ne contient plus de gaz.


=> la viscosité augmente avec la teneur en gaz dissous

• Rôle de l'acidité


De même, l'acidité n'est pas présente dans le logiciel. Cependant, l'acidité d'un magma correspond à sa teneur en SiO₂

=> la viscosité augmente avec l'acidité

On obtient donc le tableau suivant :




Ainsi, les facteurs favorisant la viscosité du magma et donc l’explosivité sont :

• Richesse en silice

• Richesse en gaz

• Faible température

• Acidité

• Pauvreté en eau





2 - Les volcans explosifs


Un volcan explosif (ou volcan « gris ») est un volcan dont les éruptions sont généralement explosives. Cependant, son statut n’est pas figé : il peut avoir (rarement) des éruptions effusives.
Nous allons chercher des points communs aux volcans dits « explosifs » pour déterminer pourquoi ils le sont (mis à part la nature de leur magma). Pour cela, nous allons prendre pour exemples différents célèbres volcans explosifs et étudier leurs caractéristiques (voir la Classification des Volcans) :




Mont Saint Helens (Washington, USA)



Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 2550m (avant 1980 : 2950m)
Genèse : Zone de subduction
Situation : Continental (Ceinture de Feu)
Activité actuelle : Endormi
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 1980 (VEI 5)








Mont Pelée (Martinique, France)



Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 1397m
Genèse : Zone de subduction
Situation : Océanique (arc insulaire )
Activité actuelle : Endormi
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 1902








Pinatubo (Philippines)

Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 1600m (avant 1991 : 1759m)
Genèse : Zone de subduction
Situation : Océanique (Ceinture de Feu)
Activité actuelle : Actif
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 1991 (VEI 6)






Anak Krakatoa (Indonésie)

Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 1600m (avant 1991 : 1759m)
Genèse : Zone de subduction
Situation : Océanique (Ceinture de Feu)
Activité actuelle : Actif
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits







Vésuve (Italie)


Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan (avec caldeira)
Taille actuelle : 1281m
Genèse : Zone de subduction
Situation : Continental
Activité actuelle : Endormi
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 72







Nevado del Ruiz (Colombie)

Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 5321m
Genèse : Zone de subduction
Situation : Continental (Ceinture de Feu)
Activité actuelle : Endormi
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 1985 (VEI 3)







Soufrière (Guadeloupe, France)

Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 1467m
Genèse : Zone de subduction
Situation : Océanique (Ceinture de Feu)
Activité actuelle : Actif
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 1976










Mont Merapi (Indonésie)

Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 2962m
Genèse : Zone de subduction
Situation : Océanique (Ceinture de Feu)
Activité actuelle : Actif
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 1994







Mont Augustine (Alaska, USA)

Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 1252m
Genèse : Zone de subduction
Situation : Continental (Ceinture de Feu)
Activité actuelle : Actif
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 1986







Mayon (Philippines)

Nature : Explosif
Morphologie : Stratovolcan
Taille actuelle : 2463m
Genèse : Zone de subduction
Situation : Océanique (Ceinture de Feu)
Activité actuelle : Actif
Nature du magma : Acide et visqueux
Fréquence d’éruption : Polygénique
Conduit volcanique : Un conduit principal et quelques autres petits conduits
Grande éruption : 1814








On peut donc dégager des caractéristiques communes :

• Situé sur une zone de subduction (Ceinture de Feu ou arc insulaire généralement)

• Continental ou océanique

• Stratovolcan

• Actif ou endormi, mais quasi-jamais vraiment éteint

• Polygénique

• Magma visqueux et acide

• Plusieurs conduits volcaniques

• Haut (plus de 1000m)

• VEI important (>3)

Par ailleurs, on peut les caractériser par les matériaux qu’ils émettent :

• Nuées ardentes

• Gaz

• Panaches volcaniques

• Cendres

• Blocs de magma refroidis (tephras)

 

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