VOLCANISME ET VOLCANOLOGIE

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Les magmas

Les magmas sont des mélanges de silicates et d'aluminosilicates (très exceptionnellement de carbonates) fondus dans lesquels se trouvent, en proportions variables, des cristaux et, surtout, dissous ou combinés, divers composés volatils. L'essentiel des modalités éruptives résulte des interactions mécaniques entre le magma, plus ou moins visqueux, et les éléments volatils, dont la teneur, la concentration, la pression, le chimisme sont les paramètres principaux et qui ont en particulier, comme on le verra plus loin, un rôle moteur fondamental. Ces éléments volatils se séparent, en général, plus ou moins totalement de la phase liquide avant et durant la solidification. Certains (CO2, F, Cl, SO2) restent toutefois partiellement « piégés » dans les magmas cristallisés, sous forme d'inclusions fluides, ou entrent dans la composition de minéraux déterminés.

Différenciation

Les développements de la pétrologie montrent que, pour expliquer la très grande variété de composition des produits du volcanisme (tableau), les associations régionales de roches éruptives et le fait que ces magmas dérivent probablement de la fusion partielle de matériaux solides préexistants, il faut invoquer des mécanismes selon lesquels les magmas changent progressivement de composition. La différenciation repose généralement sur des changements d'état physique : séparation de phases solides ou de phases gazeuses liées à des variations d'ordre physique comme la décroissance de la température et de la pression.

Roches volcaniques : composition chimique

Tableau : Roches volcaniques : composition chimique

Composition chimique moyenne des divers types de roches volcaniques comparée à la moyenne de la croûte continentale (granite) et du manteau (péridotite). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les phases solides qui se séparent ont une composition différente de celle du liquide résiduel ; ce dernier évolue, par conséquent, en fonction des éléments chimiques entrant dans ces phases solides qui lui sont progressivement soustraites. La cristallisation fractionnée des liquides magmatiques est très complexe, à cause du grand nombre de constituants du système, et ne peut être approchée expérimentalement que pour des cas très simplifiés, comme en figure 3, où est reporté, à pression constante, le système diopside (pyroxène)-anorthite (plagioclase). À forte température (TA pour une composition initiale xA du liquide), la séparation de l'anorthite entraîne un enrichissement progressif du liquide résiduel en diopside, jusqu'à ce que la température TE soit atteinte. Alors cristallise le dernier liquide, l'eutectique de composition xE. Le processus de cristallisation fractionnée se produira dans tous les cas où la remontée du magma n'est pas trop rapide et la viscosité pas trop élevée.

Système diopside-anorthite : évolution

Dessin : Système diopside-anorthite : évolution

Évolution du système diopside-anorthite à pression constante (d'après Bowen). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La pression baissant en général au cours de la montée des magmas, la phase gazeuse se sépare de la phase liquide, rendant possible ou favorisant plusieurs processus tels que le transfert gazeux ou la flottation.

Assimilation

Des changements de composition des magmas peuvent s'opérer par des mécanismes de mélange ou d'incorporation de matières étrangères. Il existe des exemples de mélanges, plus ou moins parfaits, de magmas de compositions différentes. On connaît également, dans les zones continentales, des exemples de contamination de magmas primaires (basaltiques) par la croûte sialique (granitique). Un tel processus est sans doute favorisé par certaines conditions tectoniques, par exemple l'effondrement du toit d'un réservoir situé dans la lithosphère.

L'assimilation est cependant un processus dont l'importance est généralement limitée, et la discussion à son propos reste ouverte dans bien des régions de volcanisme continental. Dans ce domaine, la connaissance a progressé ces dernières années, et aux critères minéralogiques et pétrographiques traditionnels vient maintenant s'ajouter l'usage de méthodes géochimiques et isotopiques. Entre autres, l'étude des isotopes du strontium, dont le rapport n'est pas le même dans le manteau que dans l'écorce continentale, est souvent d'un grand secours.

Origine

L'hypothèse d'une origine unique des magmas, qui proviendraient tous d'une couche en fusion située sous la lithosphère, a fortement prévalu au début du xxe siècle. Elle est rejetée à cause des informations fournies par la géophysique, la géochimie et la pétrologie.

Les connaissances actuelles font supposer l'existence de nombreux groupes de magmas formés dans différentes conditions de pression, de température, etc., à partir de la fusion plus ou moins complète de matériaux divers. La profondeur de fusion du magma est fonction du « climat thermique » local et des conditions tectoniques avoisinantes, tandis que la natur [...]

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Destruction de Pompéi par le Vésuve
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Déchirure volcanique du Laki (Islande)

Déchirure volcanique du Laki (Islande)
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Soufrière Hills de Montserrat

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Écrit par :

  • : professeur des Universités, professeur émérite à l'université de Paris-I-Panthéon-Sorbonne
  • : professeur à l'université de Clermont-II, directeur du centre de recherches volcanologiques, Clermont-Ferrand
  • : commissaire à l'étude et à la prévention des risques naturels majeurs
  • : directeur de la prospective au Bureau de recherches géologiques et minières

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Pour citer l’article

Roger COQUE, Jean-François LÉNAT, Haroun TAZIEFF, Jacques VARET, « VOLCANISME ET VOLCANOLOGIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/volcanisme-et-volcanologie/