ÉRUPTIONS VOLCANIQUES

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Jets de gaz, projections de magma, cendres, lapilli, blocs, ponces et scories, coulées et fontaines de lave, lahars, écoulements pyroclastiques, bombes volcaniques, panaches pliniens, nuées ardentes... les éruptions volcaniques peuvent être définies comme la dispersion à la surface de la Terre de différents matériaux géologiques d'origine magmatique. Comprendre les éruptions volcaniques, c'est étudier les processus qui leur donnent naissance, leurs différentes manifestations et les risques éventuels qu'elles présentent pour l'environnement et pour l'homme.

Puy de Sancy, Massif central

Photographie : Puy de Sancy, Massif central

Le puy de Sancy est un stratovolcan. Il résulte de plusieurs phases éruptives qui ont débuté il y a 5 millions d'années pour se terminer il y a environ 250 000 ans. Avec ses 1 886 mètres d'altitude, c'est le point culminant du Massif central.  

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Les éruptions volcaniques comme phénomène physique

Structure physique de la Terre silicatée (croûte et manteau)

La structure de la planète Terre est au premier ordre concentrique. Sous une croûte de quelques kilomètres d'épaisseur (en moyenne moins de 10 pour la croûte océanique et plus de 30 pour la croûte continentale) se trouve le manteau silicaté, qui s'étend jusqu'à 2 900 kilomètres de profondeur, puis le noyau liquide (fer, nickel et une faible proportion de silicium, d'oxygène et peut-être de soufre) et enfin la graine solide (alliage de fer-nickel, avec une petite quantité de silicium). Cette structure a été déduite des observations faites sur les vitesses de propagation des ondes sismiques engendrées par les séismes : les ondes de compression (P) et les ondes de cisaillement (S). L'étude des ondes S en particulier, lesquelles ne se propagent pas dans les liquides, montre que la seule zone liquide dans la Terre est le noyau externe et que les enveloppes silicatées, la croûte et le manteau sont solides. La production de magma, source du volcanisme de surface, est donc un phénomène très local, qui se manifeste uniquement lorsque des conditions thermodynamiques bien précises sont réunies.

Processus de fusion partielle et contexte géodynamique

On peut définir trois modes principaux de production de magma, associés chacun à différents contextes géodynamiques, et qu'on peut ainsi replacer dans le cadre de la théorie de la tectonique des plaques.

Le processus physique principal est la décompression adiabatique des matériaux mantelliques, laquelle résulte des mouvements ascendants de matière chaude au sein du manteau convectif, sous les dorsales océaniques, ou à l'endroit des points chauds alimentés par des panaches profonds. Au cours de cette remontée, la chute de pression est rapide par rapport à la vitesse des échanges thermiques, et la chute de température du matériau avec la pression est plus faible que la chute concomitante de la température de fusion (le solidus). À une profondeur de l'ordre de la centaine de kilomètres, la température de fusion est franchie, ce qui provoque une fusion partielle car les roches mantelliques n'étant pas des corps purs, les minéraux les moins réfractaires (notamment les aluminosilicates comme le grenat) fondent en premier. On dit que la roche a passé son solidus ; si elle atteignait la température de fusion de l'ensemble des minéraux, la fusion serait totale et la roche franchirait son liquidus. Cela ne se produit pas dans les conditions thermiques du manteau actuel.

Sous les dorsales océaniques, la croûte océanique est par définition très faible et la chute de pression est importante, ce qui produit un fort taux de fusion (supérieur à 15 p. 100). Le magma généré est de type thoéléitique et est décrit par le terme MORB (de l'anglais mid ocean ridges basalt, « basalte de rides océaniques »). Ce sont les MORB et les roches qu'ils produisent en cristallisant, les gabbros, qui forment la croûte océanique avec la couche sédimentaire sus-jacente, laquelle recouvre environ les deux tiers de la surface du globe terrestre. Bien que les éruptions sous-marines qui se déclenchent au niveau des dorsales, à quelques milliers de kilomètres de profondeur, ne soient pas les plus spectaculaires – rarement observées, elles produisent des basaltes en oreillers (pillow-lava) –, elles constituent le principal phénomène volcanique sur notre planète.

Au niveau des points chauds, la croûte océanique est plutôt épaisse et la fusion réduite (de l'ordre de 5 p. 100). La chimie du magma produit est différente de celle des MORB, et est plus riche en silice et en éléments alcalins. Les magmas de points chauds sont dénommés OIB (de l'anglais oceanic island basalts, « basaltes d'îles océaniques »). Les OIB sont associés le plus souvent à des activités volcaniques très régulières, comme à l'île de La Réunion ou sur l'île d'Hawaii, où le volcan (le Kilauea) reste le plus actif à la surface du globe.

Le deuxième processus physique qui entraîne une fusion partielle et la production de magma est la fusion hydratée. Il se produit dans les zones de subduction, en lien avec le métamorphisme de haute pression-basse température de la croûte océanique et des sédiments qui se sont accumulés sur elle. Lorsque la croûte entre en subduction, elle est en effet soumise à une très forte augmentation de pression qui entraîne une transformation des minéraux en minéraux de structure plus compacte. Mais l'eau – sous forme OH – n'entre pas aisément dans de telles structures et tend à être expulsée de la matrice rocheuse. En vertu de la poussée d'Archimède, les fluides aqueux tendent à remonter vers la surface et entrent en contact avec les matériaux mantelliques chauds présents au-dessus de la croûte subductée. L'hydratation de ces matériaux fait chuter fortement leur solidus et produit une fusion partielle. Les magmas formés dans ce contexte ont une composition calco-alcaline, et seront typiquement moins chauds et plus riches en silice que les MORB ou les OIB. Ils sont ainsi plus visqueux, ce qui affectera en retour le type de volcanisme associé à ces différents magmas : leur activité est beaucoup moins régulière – et beaucoup plus violente – que celle des volcans de points chauds.

Bien que, dans le passé, le volcanisme ait été actif sur Mars (qui abrite Olympus Mons, le plus imposant volcan du système solaire) et sur la Lune (dont la surface n'est rien d'autre qu'un immense champ de lave), il n'est a priori actif aujourd'hui, dans le système solaire, que sur la Terre et sur Io, satellite de Jupiter. Le volcanisme d'Io n'est cependant pas lié à un phénomène de tectonique des plaques, mais à une importante production de chaleur dans le satellite, associée aux déformations intenses provoquées dans Io par les marées jupitériennes.

Migration et collectes des magmas : le rôle de la poussée d'Archimède

Comme la grande [...]

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Puy de Sancy, Massif central

Puy de Sancy, Massif central
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Processus d’une éruption volcanique.

Processus d’une éruption volcanique.
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Lave en fusion

Lave en fusion
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Mécanismes éruptifs

Mécanismes éruptifs
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Écrit par :

  • : professeur des Universités, Institut de physique du globe de Paris, volcanologue

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Pour citer l’article

Édouard KAMINSKI, « ÉRUPTIONS VOLCANIQUES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 05 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/eruptions-volcaniques/