Introduction :

Le volcanisme, dans ses diverses manifestations, est l'un des phénomènes naturels les plus spectaculaires qu'il soit donné d'observer sur notre planète. Très répandu, avec environ 800 volcans aériens et plus de 3 000 volcans sous-marins, il a toujours fasciné les hommes. Il traduit en effet l'activité interne de la Terre, libère rapidement des énergies colossales et représente une composante nécessaire à la vie sur Terre. Non seulement les volcans amènent en surface des matériaux solides qui fertilisent les sols, mais ils sont probablement à l'origine du quart de l'oxygène, de l'hydrogène, du carbone, du chlore et de l'azote contenus dans la biosphère.

    Toutefois, les volcans ont un second visage : ils sont dangereux. Depuis le XVIIe siècle, 270 000 personnes sont mortes à la suite d'éruptions volcaniques. Bien des questions restent posées, mais la surveillance des volcans à l'aide des technologies modernes, au sol comme à partir de l'espace, permet de prévoir de plus en plus souvent les colères des volcans et d'en préserver les hommes.

Définition :

    n. m. Ensemble des phénomènes de l'activité interne du globe qui permettent l'épanchement en surface, à l'état de laves, du magma  terrestre, par l'intermédiaire d' édifices appelés couramment  volcans.

    Ce magma, issu du manteau et qui arrive à la surface à haute température, va se refroidir rapidement et cristalliser plus ou moins partiellement en formant des roches (basaltes, andésites , etc.).

     Le volcanisme est un phénomène très répandu à la surface du globe, et qui se localise dans des régions bien définies, correspondant aux frontières entre les plaques, lithosphériques. Il apparaît donc comme un processus d'évolution fondamental de notre planète, qui existe depuis les temps géologiques les plus reculés et que l'on retrouve sur d'autres planètes du système solaire (notamment sur Mars, où un volcan tel que le mont Olympus atteint une hauteur de 27 km !). 

Les produits de l'activité volcanique et leur relation avec la tectonique des plaques

Les laves :      

   Ce sont les produits les plus caractéristiques de l'activité des volcans ; ce sont des silicates liquides plus ou moins riches en gaz dissous, issus de la fusion à haute pression et à haute température des roches constitutives de la croûte ou du manteau terrestres. Ces magmas primaires profonds, moins denses que les roches qui les entourent, ont tendance à remonter vers la surface ; ils peuvent alors se concentrer à une certaine profondeur et former une chambre magmatique, ou parvenir directement à la surface. Dans la chambre magmatique ou au cours de leur ascension, les magmas peuvent subir des transformations physico-chimiques complexes, comme la cristallisation fractionnée qui, à partir d'un magma de composition basique, peut donner des laves de composition acide. Cette transformation est plus ou moins latente, et à chaque éruption volcanique peut correspondre un stade différent de cette évolution, ce qui explique la grande variété des roches volcaniques fréquemment rencontrées autour d'un même site volcanique (certains volcans de la chaîne des Puys montrent des séries de roches volcaniques allant des basaltes aux rhyolites en passant par des roches intermédiaires telles que les andésites et les trachytes).

Mais la multitude des roches volcaniques s'explique aussi par le fait qu'il existe plusieurs types de séries volcaniques associées à des sites géodynamiques aujourd'hui bien définis dans le cadre de la tectonique des plaques. On distingue principalement : les séries tholéitiques, où dominent les basaltes, particulièrement en relation avec les zones d'expansion au niveau des dorsales océaniques (Islande, ride médio-Atlantique) ; les séries calco-alcalines, riches en termes andésitiques et plus différenciées, qui caractérisent les zones de subduction ( Japon, cordillère des Andes) ; les séries alcalines, liées davantage au volcanisme intraplaque (chaîne des Puys, Hawaii, la Réunion). Ce dernier type de volcanisme, indépendant des limites des plaques lithosphériques, est dû à des panaches de matière en fusion, issus probablement de l'interface noyau-manteau, appelée couche D", qui arrivent en surface à l'intérieur des plaques : ce sont les points chauds. Très stables dans leur position au cours des temps géologiques, ils perforent épisodiquement la plaque sus-jacente, qui, elle, se déplace régulièrement. Il en résulte un alignement de volcans dont l'âge est d'autant plus grand que l'on s' éloigne du dernier volcan actif, à l'aplomb du point chaud.

Ainsi s'est formé l'archipel hawaiien. Situé au beau milieu de la plaque Pacifique, il est constitué d'îles volcaniques dont l'âge augmente à partir du Kilauea et du Mauna Loa, actifs actuellement.

Les produits pyroclastiques :

En dehors des laves en coulées, qui forment la majeure partie des roches volcaniques, il existe aussi les produits pyroclastiques, émis par les volcans lors des éruptions accompagnées d'explosions ; ils sont généralement classés en fonction de leur taille. Les bombes, de grande taille, sont des débris de lave qui, lors de leur projection dans l'air, peuvent acquérir une forme de fuseau à condition que le magma soit suffisamment fluide ; si le magma est plus visqueux, il peut donner naissance à des bombes " en croûte de pain ". Les blocs, de taille supérieure à 2 cm de diamètre, sont généralement des fragments de roche arrachés à la cheminée. Les lapilli sont de plus petite taille (de 0,2 à 2 cm de diamètre). Les cendres correspondent aux matériaux les plus fins. Les scories sont des fragments de lave refroidis lors de leur projection dans l'air ; leur taille, irrégulière, peut atteindre 10 cm. L'accumulation et la cimentation de ces produits pyroclastiques donnent des roches volcaniques d'un type particulier, appelées tufs ; ces tufs, très divers en fonction de leur degré de cohérence et de la nature des matériaux qui les constituent, forment des couches stratifiées, parfois sur de grandes épaisseurs. Des produits pyroclastiques, on peut rapprocher les ignimbrites, qui sont des dépôts pyroclastiques formés à haute température, soudés entre eux par l' évacuation des gaz avant leur solidification. Ce type d'éruption particulière est bien attesté dans les séries géologiques mais heureusement peu connu actuellement ( éruption du Katmai, en Alaska, en 1912). En effet, la vitesse de sa mise en place sur de vastes surfaces pourrait en faire un type d'éruptions très dévastatrices.

Les dangers de l'activité volcanique :

À côté des coulées de lave et des chutes de produits  pyroclastiques, il existe d'autres phénomènes volcaniques dont les conséquences sont souvent bien plus dramatiques.

L'éruption d'un volcan insulaire ou sous-marin peut provoquer un tsunami, parfois improprement appelé raz de marée. Le brusque déplacement de grandes masses d'eau engendre une onde qui prend, en surface, la forme d'une succession de vagues se déplaçant à une vitesse moyenne de 800 km/h. En arrivant près d'une côte, ces vagues peuvent atteindre 10 ou 20 mètres de hauteur et elles s'écrasent alors avec force sur le rivage. Mais ce phénomène est plus généralement dû à un séisme sous-marin.

Issues des lacs de volcan, bien que plus rares, elles résultent de la libération soudaine d'importantes quantités de gaz carbonique (CO2) resté piégé au fond des eaux. Le 22 août 1986, le lac Nyos (Cameroun) laissa ainsi échapper son gaz toxique qui enveloppa la région, provoquant la mort de 1 750 personnes et de milliers d'animaux.

 Enfin, les éruptions très explosives peuvent éjecter des quantités importantes de fines poussières volcaniques et de gaz dans la haute atmosphère, où elles sont susceptibles de rester des années en formant une couche qui s'étend autour du globe, puis absorbe et réfléchit le rayonnement solaire, l'empêchant en partie d'atteindre la surface terrestre. Il en résulte une baisse des températures (- 0,2 C° en moyenne pour toute la planète après l'éruption du Pinatubo, par exemple) pouvant conduire pour les plus fortes crises volcaniques à ce que les spécialistes appellent un " hiver volcanique".

Structure des édifices volcaniques et principaux types d' éruptions

Un volcan est formé, en général, par un cône, qui résulte de la superposition des coulées de lave et des projections expulsées par le conduit d'alimentation, appelé cheminée. Il existe parfois, au sommet du cône volcanique, une vaste dépression, le cratère, dans lequel débouche la cheminée. Cette dernière est reliée, en profondeur, à une ou plusieurs chambres magmatiques ; il n'est pas rare que des fissures, ou cheminées secondaires, apparaissent sur les flancs du cône volcanique principal, pouvant alors donner naissance à des cônes adventifs. On a essayé de classer les volcans en fonction de leur type d'éruption et de la structure de leur cône. En fait, cette classification dépend essentiellement de la nature chimique du magma, qui est elle-même responsable de sa viscosité.

Classiquement, on distingue quatre principaux types d'éruption volcanique, auxquels correspondent des appareils volcaniques de morphologie distincte.

Il est caractérisé par des épanchements de laves basaltiques très fluides, émises en grande quantité sans explosions ni projections. Les îles Hawaii, qui ont servi à définir ce type, résultent de l'accumulation d'immenses coulées, dont le volume est évalué à environ 100 000 km3. Le volcan principal, le Mauna Loa, malgré la faible pente de son cône, atteint l'altitude de 4 200 m, tandis que sa base se situe à 5 000 m de profondeur dans le Pacifique. Le Kilauea, moins élevé, a son cratère occupé par un lac de lave de 5 km de diamètre ; au moment des éruptions, la lave déborde et s'écoule jusqu'à une distance de 50 km.

Les grandes coulées de basaltes statoïdes, connues en Inde sous lenom de trapps du Deccan, auraient la même origine, c'est-à-dire seraient alimentées par un point chaud. Ces basaltes, datés de 65 millions d'années (limite crétacé -tertiaire), couvrent 520 000 km2 avec des épaisseurs de lave de plus de deux kilomètres. C'est le même point chaud qui, aujourd'hui, alimente le piton de la Fournaise de l'île de la Réunion. Voilà une belle démonstration de la dérive des continents : depuis le crétacé, l'Inde a donc dérivé du sud-est de l'Afrique jusqu'à l'Asie, avec laquelle elle est entrée en collision, formant ainsi la chaîne himalayenne.

En France, dans le Massif central, les plateaux basaltiques du Cézallier, de l'Aubrac et du Velay pourraient être issus d'un volcanisme apparenté au type hawaiien.

Il est caractérisé par une alternance de coulées de laves fluides et de produits pyroclastiques (cendres et bombes volcaniques), avec une grande régularité. Le modèle en est le Stromboli, volcan italien situé dans les îles Éoliennes, à l'intérieur de l'arc des Apennins. Les volcans de ce type ont en général des cônes simples avec cratères. La plupart des volcans de la chaîne des Puys, dans le Massif central, qui présentent des cratères bien formés, sont de ce type (puy Pariou, dont les coulées de nature trachyandésitique ont pu être datées d'environ 10 000 ans). 

Il est illustré par le volcan Vulcano, aux îles Éoliennes, dont le cône est essentiellement formé de produits pyroclastiques. En effet, la nature plus acide de la lave lui confère une forte viscosité, et elle se solidifie dans la cheminée en formant un culot ; lorsque la pression des gaz augmente, au moment d'un paroxysme, le culot qui obstrue la cheminée peut exploser violemment en projetant, à grande hauteur, des cendres, des scories et des bombes. Les coulées sont rares, en raison de la nature visqueuse de la lave. Il semble que, dans ce type de volcans, les explosions soient d'autant plus violentes que la période de repos, au cours de laquelle les gaz s'accumulent, a été longue.

Les éruptions de type vulcanien sont spectaculaires et redoutables ; celle du Krakatoa, volcan des îles de la Sonde situé entre Sumatra et Java, qui se produisit le 27 août 1883, fut probablement la plus forte explosion volcanique jamais observée par l'homme. En effet, l'île entière explosa puis s'effondra, provoquant un raz de marée destructeur (36 000 morts) ; les nuages de cendres projetées à haute altitude firent le tour de la Terre et furent responsables de phénomènes optiques divers (aurores boréales, colorations bleue et verte du Soleil).

C'est aussi au type vulcanien que l'on rattache l'éruption historique du Vésuve, en l'an 79 apr. J.-C., décrite par Pline le Jeune. Cette éruption brutale, qui surprit les habitants des villes de Pompéi, d'Herculanum et de Stabies, fit plus de 2 000 victimes, qui périrent vraisemblablement asphyxiées par les gaz dégagés par le volcan. Des corps pétrifiés ont été retrouvés dans les cendres volcaniques qui recouvrirent la région. 

Il a été décrit pour la première fois par le Français Alfred Lacroix, à la suite de l'éruption de la montagne Pelée, à la Martinique, le 8 mai 1902. Cette éruption catastrophique fut caractérisée par la présence de nuées ardentes et par la formation, au débouché de la cheminée, d'une aiguille de lave andésitique, qui atteignit 400 m de hauteur avant de s'effondrer par la suite. Dans ce type d'éruptions, il apparaît donc deux phénomènes particuliers : du magma d'une grande viscosité obstrue la cheminée, et une importante quantité de gaz sous forte pression se libère sous forme de nuées ardentes. 

Dans le Massif central, le puy de Dôme, qui culmine à 1 465 m et domine la chaîne des Puys, est formé d'une aiguille de dômite (trachyte) et ne présente ni cratère ni coulées ; il peut donc être rattaché au type péléen. De même, le volcan Merapi (2 875 m), dans l'île de Java, dans lequel la pression des gaz est moins élevée, montre des nuées ardentes sous forme d'avalanches incandescentes.

En fait, la plupart des volcans du globe sont difficiles à classer dans une des quatre catégories précédentes, car ils peuvent être rattachés, au cours de leurs différentes phases d' éruption, à plusieurs types. Le Vésuve a pu montrer une activité tantôt de type strombolien, tantôt de type vulcanien. L'Etna, en Sicile, vaste volcan de 3 340 m d'altitude, a dû être d'abord un volcan-bouclier de type hawaiien, avant d'être, actuellement, de type strombolien. Le piton de la Fournaise, à la Réunion, a montré, lors de son éruption de 1939, une phase strombolienne puis une phase hawaiienne.

La surveillance et la prévention des éruptions volcaniques

La surveillance d'un volcan permet bien souvent de prévoir une éruption et de pouvoir évacuer les populations à temps. Une éruption résulte toujours d'un mouvement de matière interne qui se manifeste en surface par des signaux physiques et chimiques pouvant être détectés.

Deux types d'observations peuvent être effectués : la surveillance sismique et la surveillance des déformations de la surface. Les signaux sismiques sont dus soit à la montée du magma vers la surface, qui fracture les roches environnantes, soit aux résonances associées aux mouvements des fluides magmatiques. Le développement des outils informatiques permet de quantifier et de suivre en temps réel l' activité sismique d'un volcan. Les déformations de la surface sont dues à la montée de magma qui se traduit par un gonflement du volcan, l'apparition de failles ou de glissements de terrain. Si les méthodes au sol sont toujours utilisées pour mesurer les mouvements du sol, les techniques satellitaires, qui permettent de détecter des déplacements de l'ordre de quelques centimètres, ont révolutionné ce type de surveillance.

À côté de ces méthodes principales, d'autres indicateurs peuvent aider au diagnostic des géologues. Les variations du champ magnétique et du champ gravimétrique peuvent témoigner de la remontée du magma. L'analyse de la température et de la composition des fumerolles (émanations gazeuses), les prélèvements des gaz du sol (hélium, gaz carbonique, radon) et l'évolution de la composition chimique des sources d'eau situées à proximité du volcan fournissent également des renseignements précieux.

Avant même d'être convaincus de l'imminence d'une éruption, et avant d'alerter les autorités locales pour évacuer les populations menacées, les spécialistes se doivent de dresser des cartes de risques. Ces documents tentent d'établir, en fonction du type du volcan, de sa morphologie, de la typographie environnante et du contexte météorologique, les trajectoires possibles des nuées ardentes et leurs limites maximales d'extension, les zones menacées par les coulées de lave et les coulées de boue (lahars), et l'ampleurdes retombées de cendres et autres produits pyroclastiques. 

La surveillance des volcans a fortement progressé et a permis dans plusieurs cas de limiter le nombre de victimes : mont Saint Helens, États-Unis, 1980 ; Galunggung, Java, 1982 ; Kelut, Java, 1990 ; Pinatubo et mont Unzen, 1991. Mais, sur les quelque quatre-vingt-dix volcans à hauts risques répartis sur le globe, seuls une cinquantaine font l'objet d'une surveillance permanente. Encore ces chiffres ne prennent-ils pas en compte les volcans en sommeil depuis des siècles (650 volcans sont connus pour avoir eu au moins une éruption pendant la période historique), à l'instar du Pinatubo, qui est entré en éruption après dix siècles d'inactivité.