Éruption volcanique

Les éruptions effusives se caractérisent par l'émission d'un magma assez pauvre en gaz dissous, qui se répand en formant des coulées de lave souvent de grande étendue. Ces éruptions sont relativement calmes, sans grandes explosions. Le seul danger de ces éruptions est l'avancée des coulées de lave (jusqu'à plusieurs dizaines de km/h) : les dégâts économiques peuvent être considérables, mais les populations ont en général le temps d'évacuer leur domicile en emportant quelques affaires.

Le magma émis est très généralement basaltique, pauvre en silice (SiO₂) et donc très fluide, et les gaz exsolvés s'en échappent facilement. Il existe aussi des coulées de lave de composition plus riche en silice, et même des coulées d'obsidienne.

Les volcans dont les éruptions sont généralement effusives sont ceux des dorsales médio-océaniques et des points chauds (comme ceux d'Hawaï, le Piton de la Fournaise et l'Etna).

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.

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.

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[16]. 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.

Schéma d'une éruption vulcanienne.

Les laves 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.

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.

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.

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[17].

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[18].

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.

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }=V_{\mathrm {i} }\,\Delta t\,\cos \theta }$

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }=V_{\mathrm {i} }\,\Delta t\,\sin \theta +{\frac {1}{2}}g\,(\Delta t)^{2}}$

avec :

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }}$ : distance horizontale ;

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }}$ : distance verticale ;

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : module de la vitesse initiale ;

${\displaystyle \Delta t}$ : temps ;

${\displaystyle g}$ : accélération de la pesanteur ;

${\displaystyle \theta }$ : angle de la vitesse initiale avec l'horizontale.

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

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

avec :

${\displaystyle U_{s}}$ - Vitesse d'éjection

${\displaystyle P_{i}}$ - Pression dans le gaz

${\displaystyle P_{s}}$ - Pression atmosphérique

${\displaystyle S_{c}}$ - 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 :

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

avec :

${\displaystyle P_{i}}$ - Pression initiale

${\displaystyle m}$ - Masse du projectile

${\displaystyle U_{s}}$ - Vitesse d'éjection

${\displaystyle g}$ - Accélération gravitationnelle

${\displaystyle A}$ - Région où la pression est appliquée

${\displaystyle b}$ - Constante de Bernoulli

• (en) Physics of Eruptions sur ffden-2.phys.uaf.edu
• Origine des volcans sur http://ici.radio-canada.ca

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