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Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et l'empilement de matériaux issus de la montée d'un magma sous forme de lave et de tephras tels que les cendres. Ce magma provient de la fusion partielle du manteau et exceptionnellement de la croûte terrestre. L'accumulation peut atteindre des milliers de mètres d'épaisseur formant ainsi des montagnes ou des îles. Selon la nature des matériaux, le type d'éruption, leur fréquence et l'orogenèse, les volcans prennent des formes variées mais en général ayant l'aspect d'une montagne conique, surmontée par un cratère ou une caldeira[1].
Le lieu principal de sortie des matériaux lors d'une éruption se situe dans la plupart des cas au sommet du volcan, là où débouche la cheminée volcanique, mais il arrive que des ouvertures latérales apparaissent sur les flancs ou aux pieds du volcan.
Deux grands types de volcans existent sur Terre :
On compte environ 1 500 volcans terrestres actifs dont une soixantaine en Ă©ruption par an[2]. Les volcans sous-marins sont bien plus nombreux.
Le « volcanisme » est l'ensemble des phénomènes associés aux volcans et à la présence de magma. La « volcanologie » ou « vulcanologie » est la science de l'étude, de l'observation et de la prévention des risques des volcans.
Le terme « volcan » tire son origine de Vulcano, une des Îles Éoliennes nommée en l'honneur de Vulcain, le dieu romain du feu dont l'équivalent dans le panthéon grec est Héphaïstos.
Un volcan est formé de différentes structures que l'on retrouve en général chez chacun d'eux :
Suivant le type de lave qu'ils émettent et le type d'éruption, les volcans peuvent prendre différentes formes :
Le magma est le matériau de consistance fluide à visqueuse, sous pression, contenant des gaz volcaniques, non cristallisé qui s'est formé à partir de la fusion partielle ou totale du manteau (anatexie) au niveau d'un point de chaleur comme un point chaud, de décompression comme une dorsale et/ou d'un apport d'eau comme une fosse de subduction. Généralement, ce magma remonte vers la surface et se stocke dans la lithosphère en formant une chambre magmatique. Dans cette chambre, il peut subir une cristallisation totale ou partielle et/ou un dégazage qui commence à le transformer en lave. Si la pression devient suffisante pour qu'il soit éjecté à la surface, il remonte le long d'une cheminée volcanique pour être émis sous forme de lave, c'est-à -dire totalement ou partiellement dégazé[7].
Selon que le magma provienne de la fusion du manteau ou d'une partie de la lithosphère, il n'aura ni la même composition minérale, ni la même teneur en eau ou en gaz volcanique, ni la même température. De plus, selon le type de terrain qu'il traverse pour remonter à la surface et la durée de son séjour dans la chambre magmatique, il va soit se charger soit se décharger en minéraux, en eau et/ou en gaz et va plus ou moins se refroidir. Pour toutes ces raisons, les tephras et les laves ne sont jamais exactement les mêmes d'un volcan à un autre, ni même parfois d'une éruption à une autre sur le même volcan.
Les matériaux émis par les volcans sont généralement des roches composées de microlites noyés dans un verre magmatique. Dans le basalte, les minéraux les plus abondants sont la silice, les pyroxènes et les feldspaths alors que l'andésite est plus riche en silice et en feldspaths. La structure de la roche varie également : si les cristaux sont fréquemment petits et peu nombreux dans les basaltes, ils sont en revanche généralement plus grands et plus nombreux dans les andésites, signe que le magma est resté plus longtemps dans la chambre magmatique[8]. 95 % des matériaux émis par les volcans sont des basaltes ou des andésites.
Le matériau le plus connu émis par les volcans est la lave sous forme de coulées. De type basaltique provenant de la fusion du manteau dans le cas d'un volcanisme de point chaud, de dorsale ou de rift[9] ou andésitique provenant de la fusion de la lithosphère dans le cas d'un volcanisme de subduction[10], plus rarement de type carbonatique[11], elles sont formées de laves fluides qui s'écoulent le long des flancs du volcan. La température de la lave est comprise entre 700 et 1 200 °C[12] et les coulées peuvent atteindre des dizaines de kilomètres de longueur, une vitesse de cinquante kilomètres par heure et progresser dans des tunnels de lave. Elles peuvent avoir un aspect lisse et satiné, appelée alors « lave pahoehoe » ou « lave cordée », ou un aspect rugueux et coupant, appelée alors « lave aa ». Les coulées de ces laves, faisant parfois plusieurs mètres d'épaisseur, peuvent mettre des dizaines d'années à se refroidir totalement[13]. Dans certains cas exceptionnels, de la lave en fusion peut remplir le cratère principal ou un cratère secondaire et former un lac de lave. La survie des lacs de lave résulte d'un équilibre entre apport de lave venant de la chambre magmatique et débordement à l'extérieur du cratère associé à un brassage permanent par des remontées de gaz volcanique afin de limiter le durcissement de la lave. Ces lacs de lave ne naissent que lors d'éruptions hawaïennes, la grande fluidité de la lave permettant la formation et le maintien de ces phénomènes. Le Kilauea à Hawaii et le Piton de la Fournaise à la Réunion sont deux volcans qui possèdent des lacs de lave lors de certaines de leurs éruptions. L'Erta Ale en Éthiopie et le mont Erebus en Antarctique sont parmi les seuls volcans au monde à posséder un lac de lave de manière quasi-permanente. Lors de certaines éruptions de l'Erta Ale, son lac de lave se vide ou au contraire son niveau remonte jusqu'à déborder et former des coulées sur les pentes du volcan[14].
Le plus souvent, les matériaux volcaniques sont composés de tephras ; ce sont les cendres volcaniques, les lapilli, les scories, les pierres ponces, les bombes volcaniques, les blocs rocheux ou basaltiques, les obsidiennes, etc. Il s'agit de magma et de morceaux de roche arrachés du volcan qui sont pulvérisés et projetés parfois jusqu'à des dizaines de kilomètres de hauteur dans l'atmosphère. Les plus petits étant les cendres, il leur arrive de faire le tour de la Terre, portées par les vents dominants. Les bombes volcaniques, les ejectas les plus gros, peuvent avoir la taille d'une maison et retombent en général à proximité du volcan. Lorsque les bombes volcaniques sont éjectées alors qu'elles sont encore en fusion, elles peuvent prendre une forme en fuseau lors de leur trajet dans l'atmosphère, en bouse de vache lors de leur impact au sol ou en croûte de pain en présence d'eau[15]. Les lapilli, qui ressemblent à de petits cailloux, peuvent s'accumuler en épaisses couches et former ainsi la pouzzolane. Les pierres ponces, véritable mousse de lave, sont si légères et contiennent tellement d'air qu'elles peuvent flotter sur l'eau. Enfin quand de fines gouttes de laves sont éjectées et portées par les vents, elles peuvent s'étirer en de longs filaments appelés « cheveux de Pélé ».
Les magmas contiennent des gaz volcaniques dissouts. Le dégazage des magmas est un phénomène déterminant dans le déclenchement d'une éruption et dans le type éruptif. Le dégazage fait monter le magma le long de la cheminée volcanique ce qui peut donner le caractère explosif et violent d'une éruption en présence d'un magma visqueux.
Les gaz volcaniques sont principalement composés de[16] :
Puis viennent d'autres éléments volatils comme le monoxyde de carbone, le chlorure d'hydrogène, le dihydrogène, le sulfure d'hydrogène, etc. Le dégazage du magma en profondeur peut se traduire à la surface par la présence de fumerolles autour desquelles des cristaux, le plus souvent de soufre, peuvent se former.
La « naissance » d'un volcan correspond Ă sa première Ă©ruption volcanique qui le fait sortir de la lithosphère. La naissance d'un nouveau volcan est un phĂ©nomène relativement rare mais qui a pu ĂŞtre observĂ©e en 1943 avec le ParicutĂn : une fracture laissant s'Ă©chapper des gaz volcaniques et de la lave dans un champ a donnĂ© naissance Ă un volcan de 460 mètres de haut en neuf mois. En 1963, le volcan sous-marin de Surtsey Ă©mergea au sud de l'Islande formant ainsi une nouvelle Ă®le et un nouveau volcan terrestre.
Un volcan est dit « endormi » lorsqu'il n'est plus entré en éruption durant plusieurs centaines d'années et dit « éteint » lorsque sa dernière éruption remonte à au moins 50 000 ans et qu'il est soumis à l'érosion.
De manière générale, les volcans subissent plusieurs éruptions au cours de leur vie. Mais leur fréquence est très variable selon le volcan : certains ne connaissent qu'une éruption en quelques siècles comme le Ponta do Pico aux Açores, tandis que d'autres sont en éruption permanente comme le Stromboli en Italie ou le Merapi en Indonésie.
Il arrive que des volcans ne se forment qu'en une seule éruption puis s'endorment ou s'éteignent pendant des dizaines ou des centaines de milliers d'années. Il s'agit de volcans monogéniques. Les volcans de la Chaîne des Puys dans le Massif central se sont formés entre 11500 av. J.-C. et 5000 av. J.-C. au cours d'une seule éruption pour chaque édifice volcanique et n'ont plus jamais montré de signe d'activité.
La fréquence des éruptions permet d'évaluer l'aléa, c'est-à -dire la probabilité qu'une zone peut subir une des manifestations d'une éruption. Cet aléa, combiné avec le type de manifestation volcanique et la présence de populations et sa vulnérabilité, permet d'évaluer le risque volcanique.
D'après la théorie de la tectonique des plaques, le volcanisme est intimement lié aux mouvements des plaques tectoniques. En effet, c'est en général à la frontière entre deux plaques que les conditions sont réunies pour la formation de volcans.
Dans le rift des dorsales, l'écartement de deux plaques tectoniques amincit la lithosphère, entrainant une remontée de roches du manteau. Celles-ci, déjà très chaudes à environ 1 200 °C, se mettent à fondre partiellement en raison de la décompression. Cela donne du magma qui s'infiltre par des failles normales. Entre les deux bords du rift, des traces d'activités volcaniques telle que des « pillow lava » ou « lave en coussin » se forment par une émissions de lave fluide dans une eau froide. Ces roches volcaniques constituent ainsi une bonne partie de la croûte océanique en formation.
Lorsque le rift est continental comme c'est le cas en Afrique de l'Est dans la vallée du grand rift, des volcans effusifs voient alors le jour comme l'Ardoukoba ou l'Erta Ale.
Lorsque deux plaques tectoniques se chevauchent, la lithosphère océanique, glissant sous l'autre lithosphère océanique ou continentale, plonge dans le manteau et subit des transformations minéralogiques. L'eau contenue dans la lithosphère plongeante s'en échappe alors et vient hydrater le manteau, provoquant sa fusion partielle en abaissant son point de fusion. Ce magma remonte et traverse la lithosphère chevauchante, créant des volcans. Si la lithosphère chevauchante est océanique, un arc volcanique insulaire se formera, les volcans donnant naissance à des îles. C'est le cas des Aléoutiennes, du Japon ou des Antilles. Si la lithosphère chevauchante est continentale, les volcans se situeront sur le continent, en général dans une cordillère. C'est le cas des volcans des Andes ou des Rocheuses. Ces volcans sont en général des volcans gris, explosifs et dangereux. Cela est dû à leur lave visqueuse car riche en silice, qui a du mal à s'écouler; de plus les magmas qui remontent sont riches en gaz dissous (eau et dioxyde de carbone), dont la libération soudaine peuvent former des nuées ardentes. La « ceinture de feu du Pacifique » est formée en quasi majorité de ce type de volcan.
Il arrive parfois que des volcans naissent loin de toute limite de plaque lithosphérique. Il s'agit en général de volcans de point chaud. Les points chauds sont des panaches de magma en fusion venant des profondeurs du manteau et perçant les plaques lithosphériques. Les points chaud étant fixes, alors que la plaque lithosphérique se déplace sur le manteau, des volcans se créent successivement et s'alignent alors, le plus récent étant le plus actif car à l'aplomb du point chaud. Lorsque le point chaud débouche sous un océan, il va donner naissance à un chapelet d'îles alignées comme c'est le cas pour l'archipel de Hawaii ou des Mascareignes. Si le point chaud débouche sous un continent, il va alors donner naissance à une série de volcans alignés. C'est le cas du mont Cameroun et de ses voisins. Cas exceptionnel, il arrive qu'un point chaud débouche sous une limite de plaque lithosphérique. Dans le cas de l'Islande, l'effet d'un point chaud se combine à celui de la dorsale médio-atlantique, donnant ainsi naissance à un immense empilement de lave permettant l'émersion de la dorsale. Les Açores ou les Galápagos sont d'autres exemples de points chauds débouchant sous une limite de plaque lithosphérique, en l'occurrence des dorsales[17].
Une éruption volcanique survient lorsque la chambre magmatique sous le volcan est mise sous pression avec l'arrivée de magma venant du manteau. Elle peut alors éjecter plus ou moins de gaz volcaniques qu'elle contenait selon son remplissage en magma. La mise sous pression est accompagnée d'un gonflement du volcan et de séismes très superficiels localisés sous le volcan, signes que la chambre magmatique se déforme. Le magma remonte généralement par la cheminée principale et subit en même temps un dégazage ce qui provoque un trémor, c'est-à -dire une vibration constante et très légère du sol. Ceci est dû à des petits séismes dont les foyers sont concentrés le long de la cheminée.
L'éruption débute au moment où la lave atteint l'air libre[18]. Selon le type de magma, elle s'écoule sur les flancs du volcan ou s'accumule au lieu d'émission, formant un bouchon de lave qui peut donner des nuées ardentes et/ou des panaches volcaniques lorsque celui-ci explose. Selon la puissance de l'éruption, la morphologie du terrain, la proximité de la mer, etc il peut survenir d'autres phénomènes accompagnant l'éruption : séismes importants, glissements de terrain, tsunamis, etc.
La prĂ©sence Ă©ventuelle d'eau sous forme solide comme une calotte glaciaire, un glacier, de la neige ou liquide comme un lac de cratère, une nappe phrĂ©atique, un cours d'eau, une mer ou un ocĂ©an va provoquer au contact des matĂ©riaux ignĂ©s tels que le magma, la lave ou les tephras leur explosion ou augmenter leur pouvoir explosif. En fragmentant les matĂ©riaux et en augmentant brutalement de volume en se transformant en vapeur, l'eau agit comme un multiplicateur du pouvoir explosif d'une Ă©ruption volcanique qui sera alors qualifiĂ©e de phrĂ©atique ou de magmato-phrĂ©atique. La fonte de glace ou de neige par la chaleur du magma peut Ă©galement provoquer des lahars lorsque l'eau entraĂ®ne des tephras[19] ou des jökulhlaups comme ce fut le cas pour le GrĂmsvötn en 1996.
L'éruption se termine lorsque la lave n'est plus émise. Les coulées de lave, cessant d'être alimentées, s'immobilisent et commencent à se refroidir et les cendres, refroidies dans l'atmosphère, retombent à la surface du sol. Mais les changements dans la nature des terrains par le recouvrement des sols par la lave et les tephras parfois sur des dizaines de mètres d'épaisseur peuvent créer des phénomènes destructeurs et meurtriers. Ainsi les cendres tombées sur des cultures les détruisent et stérilisent la terre pour quelques mois à quelques années, une coulée de lave bloquant une vallée peut créer un lac qui noiera des régions habitées ou cultivées, des pluies tombant sur les cendres peuvent les emporter dans les rivières et créer des lahars, etc.
Une éruption volcanique peut durer de quelques heures à plusieurs années et éjecter des volumes de magma de plusieurs centaines de kilomètres cubes. La durée moyenne d'une éruption est d'un mois et demi mais de nombreuses ne durent qu'une journée. Le record absolu est celui du Stromboli qui est quasiment en éruption depuis environ 2 400 ans[20].
Lors des débuts de la volcanologie, l'observation de quelques volcans a été à l'origine de la création de catégories basées sur l'aspect des éruptions et le type de lave émise. Chaque type est nommé selon le volcan référent. Le grand défaut de cette classification est d'être assez subjectif et de mal tenir compte des changements de type d'éruption d'un volcan.
Le terme de « cataclysmique » peut être rajouté lorsque la puissance de l'éruption entraîne de lourds dégâts environnementaux et/ou humains comme ce fut le cas pour le Santorin vers 1600 av. J.-C. qui aurait contribué à la chute de la civilisation minoenne, le Vésuve en 79 qui détruisit Pompéi, le Krakatoa en 1883 qui engendra un tsunami de quarante mètres de hauteur, le mont Saint Helens en 1980 qui rasa des hectares de forêt, etc.
Afin d'introduire une notion de comparaison entre les différentes éruptions volcaniques, l'indice d'explosivité volcanique, aussi appelée échelle VEI, fut mis au point par deux volcanologues de l'Université d'Hawaii en 1982[21]. L'échelle, ouverte et partant de zéro, est définie selon le volume des matériaux éjectés, la hauteur du panache volcanique et des observations qualitatives[22].
Il existe deux grands types d'éruptions volcaniques dépendant du type de magma émis : effusives associées aux « volcans rouges » et explosives associées aux « volcans gris »[23]. L'éruption surtseyenne est une éruption phréato-magmatique qui peut survenir sur n'importe quel type de volcan du moment qu'il est recouvert d'eau comme une mer, un lac, etc.
Les éruptions effusives émettent des laves basaltiques, pauvres en silice et donc très fluides et libérant leurs gaz volcaniques facilement. Les éruptions sont relativement calmes, sans grandes explosions et produisant de grandes coulées de lave. Ces « volcans rouges » sont ceux des points chauds comme ceux de Hawaii, le Piton de la Fournaise ou encore l'Etna. Le seul danger pour les populations sont les coulées de lave qui peuvent avancer à plusieurs dizaines de kilomètres par heure mais en général, les populations ont le temps d'évacuer tranquillement en emportant quelques affaires.
L'éruption hawaïenne est caractérisée par des laves très fluides, basaltiques et pauvres en silice ce qui permet un 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 Ă©ruptions de type hawaĂŻen 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.
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 Ă©ruptions de type strombolien sont le Stromboli ou encore l'Etna bien que ce dernier puisse parfois avoir des Ă©ruptions 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[24]. 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.
Les laves basaltiques fluides 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.
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.
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.
Les éruptions surtseyennes sont des éruptions phréato-magmatiques 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[25].
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[26].
Si l'Ă©ruption est sous-glaciaire, il faut que l'eau de fonte se retrouve piĂ©gĂ©e au-dessus du volcan pour provoquer une Ă©ruption surtseyenne. Le Nevado del Ruiz n'a pas provoquĂ© d'Ă©ruption surtseyenne lors de son Ă©ruption en 1985 car l'eau provenant de la fonte des glaces au sommet du volcan a dĂ©valĂ© les pentes du volcan en formant des lahars qui dĂ©truisirent la ville d'Armero. En revanche l'Ă©ruption du GrĂmsvötn en 1996 sous le Vatnajökull s'est transformĂ©e en Ă©ruption surtseyenne car les eaux de fonte de la calotte glaciaire ont formĂ© un lac au-dessus du volcan. Lors de l'arrivĂ©e du magma Ă la surface, des projections cypressoĂŻdes ont traversĂ© la glace et le lac s'est vidĂ© 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.
Outre le volcan en lui-même, différentes formations géologiques sont directement ou indirectement liées à l'activité volcanique.
Certains reliefs ou paysages résultent du produit direct des éruptions. Il s'agit des cônes volcaniques en eux-mêmes formant des montagnes ou des îles, des dômes et des coulées de lave solidifiée, des tunnels de lave, des « pillow lavas » et les guyots des volcans sous-marins, des trapps formant des plateaux, des accumulations de tephras en tufs, des cratères laissés par la sortie de la lave, etc.
D'autres reliefs résultent d'une érosion ou d'une évolution des produits des éruptions. Ces le cas des dykes, necks, sills, roches intrusives, mesas et planèzes dégagés par l'érosion, des caldeiras et cirques résultant de l'effondrement d'une partie du volcan, des lacs de cratère ou formés en amont d'un barrage constitué des produits de l'éruption, des atolls coralliens entourant les vestiges d'un volcan sous-marin effondré, etc.
Certaines activités géothermiques peuvent précéder, accompagner ou suivre une éruption volcanique. Ces activités sont en général présentes lorsque une chaleur résiduelle provenant d'une chambre magmatique réchauffe de l'eau phréatique parfois jusqu'à l'ébullition. En surface se produisent alors geysers, fumerolles, mares de boues, mofettes, solfatares ou encore dépôts de minéraux[27]. Ces phénomènes peuvent être regroupés dans des « champs volcaniques ». Ces champs volcaniques se forment lorsque l'eau des nappes phréatiques est réchauffée par des réservoirs de magma situés à faible profondeur. C'est le cas des supervolcans comme Yellowstone aux États-Unis et des Champs Phlégréens en Italie ou des champs géothermiques comme à Haukadalur en Islande.
Au niveau des dorsales océaniques, l'eau de mer s'infiltre dans les anfractuosités du plancher océanique, se réchauffe, se charge en minéraux et ressort au fond des océans sous la forme de fumeurs noirs ou de fumeurs blancs.
Dans un cratère possédant une activité de dégazage et de fumerolles, un lac acide peut se former par recueil des eaux de pluies. L'eau du lac est très acide avec un pH de 4 à 1, parfois très chaude avec une température de 20 à 85 °C et seules des cyanobactéries sont capable de vivre dans ces eaux alors teintées en bleu-vert. Ce type de lac est courant au niveau des grandes chaînes de volcans comme la ceinture de feu du Pacifique et dans la vallée du grand rift.
Le volcanisme est né en même temps que la Terre, lors de la phase d'accrétion de sa formation il y a 4,6 milliards d'années. À partir d'une certaine masse, les matériaux au centre de la Terre subissent d'importantes pressions, créant ainsi de la chaleur. Cette chaleur, accentuée par la dégradation des éléments radioactifs, provoque la fusion de la Terre qui dissipe vingt fois plus de chaleur qu'aujourd'hui. Après quelques millions d'années, une pellicule solide se forme à la surface de la Terre. Elle est déchirée en de nombreux endroits par des flots de lave et par de grandes masses granitoïdes qui donneront les futurs continents. Par la suite, les plaques lithosphériques nouvellement créées se déchireront préférentiellement à des endroits précis où se formeront les volcans. Pendant cent millions d'années, les volcans rejetteront dans la maigre atmosphère de l'époque de grandes quantités de gaz : diazote, dioxyde de carbone, vapeur d'eau, oxyde de soufre, acide chlorhydrique, acide fluorhydrique, etc. Il y a 4,2 milliards d'années, malgré les 375 °C et la pression 260 fois supérieure à celle d'aujourd'hui, la vapeur d'eau se condense et donne naissance aux océans.
Le rôle de la formation des premières molécules organiques et de l'apparition de la vie sur Terre peut être imputé aux volcans. En effet, les sources chaudes sous-marines ou les solfatares et autres geysers offrent des conditions propices à l'apparition de la vie : de l'eau qui a lessivé des molécules carbonées, des minéraux, de la chaleur et de l'énergie. Une fois la vie répandue et diversifiée à la surface de la Terre, les volcans auraient pu provoquer à l'inverse de grandes extinctions : l'âge des grandes extinctions du vivant coïncide avec l'âge des trapps. Ces trapps auraient pu être provoqués par la chute de météorites ou l'éruption exceptionnelle de points chauds. Les effets combinés des gaz volcaniques et particules dispersés dans l'atmosphère auraient provoqué la disparition de nombreuses espèces par un hiver volcanique suivi d'une hausse de l'effet de serre par les changements dans la composition gazeuse de l'atmosphère.
Une des théories les plus acceptées pour l'apparition de l'homme serait l'ouverture du rift africain : uniformément humide au niveau de l'équateur, le climat africain se serait asséché à l'est du rift qui arrête les nuages venant de l'Ouest. Les hominidés, s'adaptant à leur nouveau milieu formé d'une savane, auraient développé la bipédie pour échapper à leurs prédateurs.
Encore de nos jours, les volcans participent à l'évacuation de la chaleur interne de la Terre et au cycle biogéochimique mondial en libérant les gaz, la vapeur d'eau et les minéraux engloutis dans le manteau au niveau des fosses de subduction.
Depuis l'apparition de l'agriculture et la sédentarisation des sociétés, les hommes ont toujours côtoyé les volcans. Les louant pour les terres fertiles qu'ils offrent, ils les craignent aussi pour leurs éruptions et les morts qu'ils provoquent. Rapidement, par méconnaissance d'un phénomène naturel, les volcans sont craints, déifiés, considérés comme l'entrée du royaume des morts, des enfers et des mondes souterrains peuplés d'esprits malfaisants et sont l'objet de légendes et de mythes suivant les différentes cultures.
Dans les tribus d'Asie, d'OcĂ©anie et d'AmĂ©rique vivant Ă proximitĂ© de la ceinture de feu du Pacifique, les Ă©ruptions volcaniques sont considĂ©rĂ©es comme Ă©tant les manifestations de forces surnaturelles ou divines. Dans la mythologie mÄori, les volcans Taranaki et Ruapehu tombèrent tous deux amoureux du volcan Tongariro et une violente dispute Ă©clata entre les deux. C'est la raison pour laquelle aucun MÄori ne vit entre les deux volcans colĂ©riques, de peur de se retrouver pris au milieu de la dispute.
Parmi d'autres mythes et légendes, on peut signaler celui du Devils Tower qui se serait dressé pour sauver sept jeunes filles amérindiennes d'ours qui auraient griffé les parois rocheuses ou encore l'histoire de la déesse Pélé qui, chassée de Tahiti par sa sœur Namakaokahai, trouva refuge dans le Kilauea et depuis, de rage, déverse des flots de lave d'un simple coup de talon.
Chez les Incas, les caprices du Misti lui ont valu d'avoir son cratère obstrué par un bouchon de glace, punition infligée par le Soleil. Les Chagas de Tanzanie raconte que le Kilimandjaro, excédé par son voisin le volcan Mawensi, le frappa à grand coup de pilon, ce qui lui valut son sommet découpé. Chez les amérindiens de l'Oregon, le mont Mazama était la demeure du dieu maléfique du feu et le mont Shasta celle du dieu bénéfique de la neige. Un jour les deux divinités sont entrées en conflit et le dieu du feu fut vaincu et décapité, créant ainsi le Crater Lake en signe de défaite.
Les volcans furent même le lieu de sacrifices humains : enfants jetés dans le cratère du Bromo en Indonésie, chrétiens sacrifiés pour le mont Unzen au Japon, vierges précipitées dans le lac de lave du Masaya au Nicaragua, enfants jetés dans un lac de cratère pour calmer le volcan sous-lacustre d'Ilopango au Salvador, etc.
Chez les Grecs et les Romains, les volcans sont le lieu de vie de Vulcain / Héphaïstos. Les éruptions sont expliquées comme étant une manifestation divine (colère des Dieux, présages, forges de Vulcain / Héphaïstos en activité, etc). Aucune explication scientifique ou ne faisant pas intervenir les Dieux n'était retenue. Pour les Romains, les forges de Vulcain se trouvaient sous Vulcano tandis que pour les Grecs, celles d'Héphaïstos étaient situées sous l'Etna. Les cyclopes grecs pourraient être une allégorie des volcans avec leur cratère sommital tandis que le nom d'Héraclès dérive de hiera ou etna, le mot grec servant à désigner les volcans.
Parmi les mythes grecs mettant en scène des volcans, le plus célèbre est celui narré par Platon dans le Timée et le Critias. Ces récits relatent la disparition de l'Atlantide, engloutie par les flots dans un gigantesque tremblement de terre suivi d'un tsunami. Ne mettant pas directement en jeu un volcan, ce mythe semble avoir trouvé son origine dans l'éruption du Santorin vers 1600 av. J.-C. qui détruisit presque entièrement l'île et qui pourrait avoir provoqué ou participé à la chute de la civilisation minoenne. Cependant aucune observation de l'éruption du Santorin ne fut consignée et ce n'est qu'au début du XXe siècle que l'on se rendit compte de l'importance de l'éruption[28].
Le poète romain Virgile, s'inspirant des mythes grecs, rapporta que lors de la gigantomachie, Encelade, en fuite, fut enseveli sous l'Etna par Athéna en guise de punition pour sa désobéissance aux Dieux. Les grondements de l'Etna constituant ainsi les pleurs d'Encelade, les flammes sa respiration et le trémor ses tentatives de se libérer. Mimas, un autre géant, fut quant à lui englouti sous le Vésuve par Héphaïstos et le sang des autres géants vaincus jailli des Champs Phlégréens à proximité.
Dans le Christianisme populaire, malgré quelques tentatives d'explications pré-scientifiques, les volcans étaient souvent considérés comme l'œuvre de Satan et les éruptions comme des signes de la colère de Dieu. Un certain nombre de miracles attribués à certains Saints sont associés dans la tradition catholique à des éruptions : Ainsi en 253, la ville de Catane fut épargnée lorsque les flots de lave de l'Etna se scindèrent en deux devant la procession transportant les reliques de Sainte Agathe. Mais en 1669, la procession avec les mêmes reliques ne put éviter la destruction de la grande majorité de la ville.
En 1660, l'éruption du Vésuve fit pleuvoir aux alentours des cristaux de pyroxène noirs. La population les prit pour des crucifix et attribua ce signe à Saint Janvier qui devint saint patron et protecteur de Naples. Depuis à chaque éruption, une procession défile dans Naples pour implorer la protection du Saint. De plus, trois fois par an a lieu le phénomène de la liquéfaction du sang de Saint Janvier qui, selon la tradition, s'il se produit, protège la ville de toute éruption du Vésuve.
Encore aujourd'hui des processions religieuses sont associées aux volcans et à leur activité. À chaque éruption du Vésuve, des processions catholiques prient Saint Janvier, à Hawaii les habitants vénèrent encore Pélé et le mont Fuji est la montagne sacrée du Shintoïsme de même que le Bromo pour les hindouistes indonésiens.
Les objectifs de la volcanologie est de comprendre l'origine et le fonctionnement des volcans et des phénomènes assimilés afin d'établir un diagnostic sur les risques et les dangers encourus par les populations et les activités humaines. Les prédictions volcanologiques nécessitent la mise en œuvre de savoir de plusieurs disciplines scientifiques. Les connaissances actuelles ne permettent aujourd'hui que de prédire le type des éruptions, sans avoir en revanche, à plus de que quelques heures à l'avance, quand elles auront lieu, combien de temps elles dureront et surtout leurs importances (volume de lave, intensité des dégagements, etc).
De plus en plus, la tendance est à la surveillance en continu les volcans actifs réputés dangereux à l'aide d'appareils télécommandés alimentés par piles solaires. À cet égard, l'équipement du Piton de la Fournaise, à la Réunion, pourtant réputé non dangereux, est exemplaire. Les mesures sont transmises par télémétrie à l'observatoire et toutes les dilatations, les tremblements et les variations de température sont enregistrés.
Les sécurités civiles des pays touchés tentent alors de trouver les justes compromis entre les risques et les précautions inutiles. Dans bon nombre de cas, les autorités se sont montrées peu attentives[29]. Il y eu cependant certains succès comme en 1991 pour l'éruption du Pinatubo où les experts ont convaincu le gouvernement philippin d'organiser l'évacuation de 300 000 personnes. Malgré 500 victimes, 15 000 vies ont ainsi pu être épargnées.
Les coulées de lave font en général plus de dégâts matériels que de victimes car même si elles peuvent être très rapides avec plusieurs dizaines de kilomètres par heure, leur comportement est généralement prévisible, laissant le temps aux populations d'évacuer. En 2002, le lac de lave du cratère du Nyiragongo se vide à la faveur de failles qui se sont ouvertes dans le volcan : deux coulées atteignent la ville de Goma au Congo démocratique, font 147 morts et détruisent 18 % de la ville. Ces fleuves de matière en fusion laissent peu de chance à la végétation et aux constructions se trouvant sur leur passage, les consumant et les ensevelissant dans une gangue de roche.
Appelées aussi coulées pyroclastiques, les nuées ardentes sont des nuages gris qui dévalent les pentes des volcans à plusieurs centaines de kilomètres par heure, atteignent les 600 °C et parcourent des kilomètres avant de s'arrêter. Nés de l'effondrement d'un dôme ou d'une aiguille de lave, ces nuages composés de gaz volcaniques et de tephras glissent sur le sol, franchissent des crêtes et consument tout sur leur passage. Les empilements des matériaux transportés par les nuées ardentes peuvent s'accumuler sur des dizaines de mètres d'épaisseur et sont à l'origine des étendues d'ignimbrites. Une de ces coulées pyroclastiques née de la montagne Pelée en Martinique a rasé la ville de Saint-Pierre en 1902 et tué ses 28 000 habitants. Plus récemment, le réveil de la Soufrière de Montserrat a provoqué la destruction de Plymouth, la capitale de l'île, et classé inhabitable la grande majorité de l'île à cause des passages répétés de nuées ardentes.
Expulsées par des panaches volcaniques, les cendres volcaniques peuvent retomber et recouvrir des régions entières sous une épaisseur de plusieurs mètres, provoquant la destruction des cultures et l'apparition de famines comme ce fut le cas après l'éruption du Laki de 1783 en Islande, l'effondrement des toits des habitations sur leurs occupants, la formation de lahars en cas de pluies, etc.
Les séismes peuvent être provoqués à la suite de la vidange de la chambre magmatique lorsque le volcan s'effondre sur lui-même et forme une caldeira. Les multiples glissements des parois du volcan génèrent alors des séismes qui provoquent l'effondrement des bâtiments parfois fragilisés par des chutes de cendre volcanique.
Les tsunamis peuvent être générés de multiples manières lors d'une éruption volcanique comme avec l'explosion d'un volcan sous-marin ou à fleur d'eau, la chute de parois ou de nuées ardentes dans la mer, l'effondrement du volcan sur lui-même mettant en contact direct l'eau avec le magma de la chambre magmatique, des mouvements de terrains liés à la vidange de la chambre magmatique, etc. En 1883, l'explosion du Krakatoa généra un tsunami qui fit 36 000 victimes.
À la manière des nuées ardentes, les glissements de terrain peuvent provoquer des avalanches meurtrières. Dans de rares cas, c'est une grande partie ou la majorité du volcan qui se désagrège sous la pression de la lave. En 1980, le mont Saint Helens a surpris les volcanologues du monde entier lorsque la moitié du volcan s'est disloqué. Certains scientifiques, se croyant à l'abri sur des collines environnantes, se sont fait piéger et ont péri dans la gigantesque nuée ardente qui a suivi.
Les gaz volcaniques sont le danger le plus sournois des volcans. Ils sont parfois émis sans aucun autre signe d'activité volcanique lors d'une éruption limnique. En 1986, au Cameroun, une nappe de dioxyde de carbone est sortie du lac Nyos. Étant plus lourd que l'air, ce gaz a dévalé les pentes du volcan et a tué 1 800 villageois et plusieurs milliers de têtes de bétail dans leur sommeil par asphyxie.
Les lahars sont des coulées boueuses formées d'eau, de tephras en majorité de cendres volcaniques froides ou brulantes, très denses et lourdes et charriant quantité de débris tels des blocs rocheux, des troncs d'arbres, des restes de bâtiments, etc. Les lahars se forment lorsque des pluies importantes survenant lors de cyclones ou des pluies prolongées s'abattent sur des cendres volcaniques. Ils peuvent survenir des années après une éruption volcanique tant que des cendres peuvent être entraînées. En 1985, 23 000 habitants de la ville colombienne d'Armero furent engloutis sous un lahar né sur les pentes du Nevado del Ruiz.
Le jökulhlaup est un type de crue particulièrement puissant et brutal. Ils se forment lorsqu'une éruption volcanique survient sous un glacier ou une calotte glaciaire et que la chaleur du magma ou de la lave parvient à faire fondre de grandes quantités de glace. Si l'eau de fonte ne peut s'évacuer, elle forme un lac qui peut se vider lorsque la barrière qui le retient formée par une paroi rocheuse ou un glacier se rompt. Un flot mêlant lave, tephras, boue, glace et blocs rocheux s'échappe alors du glacier, emportant tout sur leur passage. Les jökulhlaup les plus fréquents se déroulent en Islande, sous le Vatnajökull.
L'acidification des lacs est une autre conséquence possible de la présence d'un volcan. L'acidification a pour effet d'éliminer toute forme de vie des eaux et de leurs abords et peut même constituer un danger pour les populations riveraines. Ce phénomène survient lorsque des émanations de gaz volcaniques débouchent au fond d'un lac, celui-ci va alors les piéger par dissolution ce qui acidifie les eaux.
Les cendres, gaz volcaniques et gouttelettes d'acide sulfurique et d'acide fluorhydrique expulsées dans l'atmosphère par des panaches volcaniques peuvent provoquer des pluies acides et des « Hivers volcaniques » qui abaissent les températures et peuvent provoquer des famines, des hivers rigoureux ou des étés froids à l'échelle mondiale comme ce fut le cas pour les éruptions du Tambora en 1815 et du Krakatoa en 1883.
Par certains aspects, l'homme peut tirer profit de la présence des volcans avec :
Un volcan contribue aussi au tourisme en proposant un panorama, des destinations de randonnée, du thermalisme ou même un lieu de pèlerinage aux visiteurs.
Même dans le domaine artistique, leur influence se fait sentir : certaines éruptions fortement émettrices de cendres volcaniques comme celle du Tambora en 1815 ont généré des couchers de soleils spectaculaires durant plusieurs années. Certains peintres comme Turner ont su capter cette lumière à travers des œuvres originales qui annoncent l'Impressionnisme.
La volcanologie ou vulcanologie est la science qui étudie les phénomènes volcaniques, leurs produits et leurs mises en place : volcans, geysers, fumerolles, éruptions volcaniques, magmas, laves, tephras, etc. Un volcanologue ou vulcanologue est le scientifique spécialiste de cette discipline liée à la géophysique, à la sismologie et à la géologie dont elle est une spécialité.
Les objectifs de cette science sont de comprendre l'origine et le fonctionnement des volcans et des phénomènes assimilés afin d'établir un diagnostic, pour une période déterminée, des risques et des dangers encourus par les populations et les activités humaines. Les études et les recherches se déroulent dans un premier temps sur le terrain afin de procéder à des collectes d'informations sous la forme d'observations, de mesures et d'échantillonnages et dans un second temps en laboratoire afin d'analyser et d'interpréter les données et les échantillons. En effet, la gestion des effets même d'une éruption une fois qu'elle se produit est impossible. Seules quelques opérations de détournement de coulée de lave ont réussi sur l'Etna en Italie et à Heimaey en Islande.
Seule la prévention permet de limiter ou d'éviter les effets d'une éruption volcanique. Cette prévention passe par une observation du volcan et des signes avant-coureurs d'une éruption : émissions de gaz volcaniques, gonflement et dégonflement du volcan, séismes mineurs, anomalies thermiques, etc. L'évacuation de manière temporaire et dans l'urgence des zones en danger est le moyen de prévention le plus employé. Néanmoins, il existe des moyens de prévention à long terme comme l'évacuation totale des zones les plus exposées aux risques volcaniques, l'élaboration de plans de prévention, d'évacuation, de secours et de sensibilisation des populations, etc.
Les volcans sous-marins sont les plus nombreux sur Terre. On estime que 75 % des volcans et des matériaux ignés émis par les volcans le sont au niveau des dorsales océaniques[30]. Les volcans faille se trouvent en grande majorité le long des dorsales océaniques où ils émettent des laves fluides. Ces laves, soumises aux eaux froides comprises entre un et deux degré Celsius et à la forte pression, prennent la forme de boules : ce sont les « pillow lavas ».
Les autres volcans situés le long des fosses de subduction et ceux formés par un point chaud donnent naissance à une montagne sous-marine à sommet plat et à pente très raide : un guyot. Lorsqu'un volcan sous-marin parvient à atteindre la surface, il émerge dans une éruption de type surtseyenne. Deux volcans sous-marins sont célèbres et surveillés : le Loihi qui sera le prochain volcan d'Hawaii à émerger de l'océan Pacifique et le Kick-'em-Jenny au nord de l'île de la Grenade dans les Antilles et qui est très proche de la surface et a une activité explosive.
La Terre n'est pas la seule planète du système solaire à connaître une activité volcanique. Vénus connaît un intense volcanisme avec 500 000 édifices volcaniques, Mars comporte l'Olympus Mons, un volcan considéré comme éteint et haut de 27 kilomètres faisant de lui le plus haut sommet du système solaire, la Lune est couverte par les « maria lunaires », d'immenses champs de basalte. Des volcans existent aussi sur des satellites de Jupiter et de Neptune, notamment Io et Triton. La sonde Voyager 1 a permis de photographier en mars 1979 une éruption sur Io, tandis que Voyager 2 a fait découvrir sur Triton en août 1989 des traces de cryovolcanisme et des geysers. On connaît aussi des cryovolcans sur Encelade.
La composition chimique variant considérablement entre les planètes et les satellites, le type d'ejecta est très différent de ceux émis sur Terre tel du soufre, de la glace d'azote, etc.
L'éruption d'un volcan à proximité d'une zone peuplée est très souvent vécu comme un évènement majeur dans la vie d'un pays car, outre le caractère spectaculaire et inattendu d'une éruption, celle-ci nécessite une surveillance et parfois l'évacuation et la prise en charge des personnes en danger.
Les volcans sont parfois les acteurs principaux de certains films catastrophes comme « Le Pic de Dante » et « Volcano » ou le docu-fiction Supervolcan de la BBC et de Discovery Channel qui met en scène le réveil du supervolcan de Yellowstone dans une éruption d'indice d'explosivité volcanique de 8.
Plus couramment, les volcans font l'objet de nombreux documentaires télévisés scientifiques, informatifs ou de vulgarisation.
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