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[EN VIDÉO] Géologie des systèmes volcaniques – une invitation au voyage Entretiens datant de 2009 avec Georges Boudon, physicien à l’IPGP, et des membres de l’équipe étudiant le fonctionnement des volcans, depuis la génération des magmas jusqu’aux éruptions . La vocation des films de l’IPGP est d’ouvrir les portes des laboratoires et d’accompagner les scientifiques dans l’univers des géosciences. Ce film fait partie d’une série de 14 films de format court qui sont une invitation à un voyage du cosmos au centre de la Terre. Conception & réalisation : Medi@terre, IPGP – 2009
Avant une éruption, le <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/structure-terre-magma-461/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Magma" data-number data-copy="Magma est un mot d'origine grecque signifiant « pâte ». Il désigne en géologie et même en planétologie un matériau plastique et chaud, plus précisément de la roche en fusion contenant des gaz dissous et des cristaux.
Formation du magma
Il se forme à haute température et sous haute pression…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/6/1/2/612232a1f7_50034213_gabro-piotr-sosnowski-wikipedia.jpg” data-url=”/planete/definitions/structure-terre-magma-461/” data-more=”Lire la suite”>magma
la croûte continentale forme, comme son nom l’indique, les continents. Elle est essentiellement de nature…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/d/1/7d1ca441ac_44707_def-epaisseur-croute-terrestre-usgs.jpg” data-url=”/planete/definitions/structure-terre-croute-terrestre-2491/” data-more=”Lire la suite”>croûte terrestre, dans un complexe réseau de réservoirs magmatiques. Mais la façon dont va évoluer ce magma n’est pas évidente et dépend de nombreux paramètres. Il peut remonter rapidement jusqu’à la surface pour donner lieu à une éruption, ou au contraire rester en profondeur où il commencera à cristalliser pour former un <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-pluton-3691/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Pluton" data-number data-copy="Pluton
À sa découverte par Clyde Tombaugh en 1930, Pluton a été considérée comme la neuvième planète du Système solaire. Mais, dès la fin du XXe siècle, d’autres objets assez similaires ont été découverts, dont notamment Eris, qui le dépassait légèrement en taille. Il est bien rapidement apparu…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/0/5/d/05dfff5cf7_75287_plutonnh-2307-01-stern-02c-pluto-nat-color.jpg” data-url=”/sciences/definitions/univers-pluton-3691/” data-more=”Lire la suite”>pluton. L’une des vues traditionnelles est de considérer que la remontée du magma est liée à un déséquilibre de densité par rapport à l’encaissant, et que si la densité s’équilibre, le magma reste en profondeur et commence à cristalliser en se refroidissant.
Une nouvelle étude met cependant en <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-lumiere-326/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Lumière" data-number data-copy="On désigne par le terme de « lumière visible » le spectre du rayonnement électromagnétique perceptible par l’œil humain.
La lumière blanche
Les longueurs d’ondes de la lumière visible s’échelonnent d’environ 380 nm (violet) à 780 nm (rouge). Le spectre visible est…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/b/6/9/b697a0c09f_85912_lumiere.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-lumiere-326/” data-more=”Lire la suite”>lumière l’importance de l’eau au sein du liquide magmatique et son rôle dans l’ascension ou la stagnation du magma au sein des conduits du système volcanique.
Comprendre la dynamique pré-éruptive pour anticiper les éruptions
La compréhension de la dynamique pré-éruptive est en effet très importante pour l’anticipation des éruptions volcaniques et la gestion du risque aux abords de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/volcanologie-volcan-3537/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Volcan" data-number data-copy="Un volcan est un orifice de la croûte terrestre d’où s’échappent, lors des éruptions, de la lave (constituée de magma), des gaz (dioxyde de soufre, gaz carbonique, azote, par exemple) et des cendres.
L’étude des volcans est la volcanologie ou vulcanologie. L’activité volcanique est l’une des…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/d/c/f/dcfcbbf72e_125167_volcan-arenal-costa-rica.jpg” data-url=”/planete/definitions/volcanologie-volcan-3537/” data-more=”Lire la suite”>volcans actifs. Jusqu’à présent, les modèles de prédiction étaient basés sur le comportement passé du volcan considéré, ainsi que sur la surveillance de son activité sismique. Or, nous savons que chaque éruption est unique et dépend de fines variations des paramètres au sein des conduits volcaniques. Des variations que les scientifiques ont encore du mal à comprendre et donc à anticiper.
Par exemple, il apparaît que sous les arcs volcaniques actifs, situés à l’aplomb des zones de subduction, la profondeur de stockage du magma est très variable et peut s’étager de 0 à 20 kilomètres de profondeur. Les modèles actuels sont cependant incapables d’expliquer ces observations. De plus, il apparaît que le magma est généralement stocké à des profondeurs qui sont plus importantes que celles prédites par les modèles classiques, qui se basent majoritairement sur le contrôle de la densité et du principe d’Archimède.
L’équipe de recherche menée par Daniel Rasmussen de l’Observatoire de la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/structure-terre-terre-4725/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Terre" data-number data-copy="Parmi les huit planètes du Système solaire, la Terre est l’une des quatre planètes telluriques, solides, de composition (roches silicatées et fer) et de densité moyenne voisines (entre 3,9 pour Mars et 6,1 pour Mercure), la densité moyenne de notre planète étant de 5,52.
Structure du globe…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/8/4/f/84ff7edce5_123534_terre-apollo8.jpg” data-url=”/planete/definitions/structure-terre-terre-4725/” data-more=”Lire la suite”>Terre de Lamont-Doherty aux États-Unis montre que pour ces volcans d’arc, les profondeurs de stockage du magma correspondent plutôt à celles prédites par le <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/geologie-degazage-6845/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Dégazage" data-number data-copy="Le terme dégazage a plusieurs significations selon les contextes.
En géologie, le dégazage est la libération de gaz par les roches ou la glace en fusion. Ce phénomène peut être à l’origine de l’apparition d’une atmosphère primitive sur certaines planètes telluriques. Dans le cas des comètes, ce…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/9/7/1/971a8fb4aa_50035476_city-paris-degazage-sauvage-herve-cozanet-gfdl-1-2-cc.jpg” data-url=”/planete/definitions/geologie-degazage-6845/” data-more=”Lire la suite”>dégazage de l’eau.
L’importance de l’eau dans les systèmes magmatiques
L’eau est en effet un élément particulièrement important dans ce contexte volcanique. Lorsqu’une plaque océanique entre en subduction et s’enfonce dans le <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/structure-terre-manteau-terrestre-2495/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Manteau terrestre" data-number data-copy="Le manteau terrestre correspond à la partie du globe terrestre située entre la croûte et le noyau. Il s'étend donc entre 5 à 30 km (selon la nature de la croûte terrestre, continentale ou océanique) et 2.885 km de profondeur.
Le manteau, pourtant solide, est animé de courants de convection qui…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/4/6/7466fb8049_50004180_terre-270907.jpg” data-url=”/planete/definitions/structure-terre-manteau-terrestre-2495/” data-more=”Lire la suite”>manteau, elle entraîne avec elle la couverture sédimentaire gorgée d’eau qui la surmonte. Avec l’augmentation de la pression, l’eau va être extraite des sédiments, un peu comme une éponge que l’on presse, et va venir hydrater les roches situées au-dessus du plan de subduction. L’hydratation va avoir comme effet d’abaisser le point de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-fusion-15305/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Fusion" data-number data-copy="Le terme de « fusion » désigne un phénomène de changement d’état de la matière, plus exactement le passage de l’état solide à l’état liquide. La transition de phase inverse s’appelle la solidification.
Le point de fusion de l’eau, en d’autres termes la température à laquelle la glace se…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/d/0/7d0df59f3c_82086_fusion.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-fusion-15305/” data-more=”Lire la suite”>fusion de ces roches, qui vont se mettre à fondre sous l’effet de la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-chaleur-15898/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Chaleur" data-number data-copy="Dans le langage courant, le terme de chaleur est employé pour qualifier la sensation que donne un corps chaud.
Les physiciens qualifient la chaleur d’énergie thermique. Dans le système international, elle se mesure donc en joules (J). La chaleur correspond plus précisément à un transfert…” data-image=”https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/3/5/735709801b_92578_chaleur.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-chaleur-15898/” data-more=”Lire la suite”>chaleur ambiante. L’eau apportée par la subduction va alors entrer dans la composition du magma ainsi produit.
On obtient un magma plus ou moins hydraté, qui va commencer sa remontée vers la surface à travers les conduits volcaniques (fissures, failles) sous l’effet de sa faible densité (simple processus d’Archimède). En remontant, la pression diminue et l’eau contenue dans le magma va commencer à s’échapper sous forme de vapeur, un peu comme lorsqu’on débouche une bouteille d’eau pétillante. Or, ce que l’équipe de Lamont-Doherty montre dans son étude, publiée dans la revue Science, est que ce dégazage en eau entraîne une augmentation de la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-viscosite-2018/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Viscosité" data-number data-copy="Propriété de résistance à l'écoulement uniforme et sans turbulence se produisant dans la masse d'une matière.
Elle est exprimée par un coefficient représentant la contrainte de cisaillement nécessaire pour produire un gradient de vitesse d’écoulement d’une unité dans la matière.
La simple…” data-url=”/sciences/definitions/physique-viscosite-2018/” data-more=”Lire la suite”>viscosité du magma. En devenant plus « épais », le magma a ainsi plus de mal à monter dans les conduits et finit par rester bloqué à une profondeur plus importante que ce que prédirait l’équilibre des densités. Ce magma peut donc commencer à cristalliser en profondeur, à moins qu’il ne soit soumis à une perturbation, comme l’arrivée d’une nouvelle injection magmatique.
Plus le magma est hydraté, plus il reste bloqué en profondeur
La profondeur à laquelle le magma commence à perdre son eau dépend de la quantité initiale d’eau présente. Il apparaît que plus le magma est hydraté, plus le début du dégazage intervient tôt (à plus grande profondeur). Les magmas à l’origine plus hydratés auraient ainsi plus de mal à remonter que les magmas « secs ». Pour valider ces hypothèses, les chercheurs ont étudié les inclusions de magma piégées au sein des cristaux des roches volcaniques. En effet, lorsque les cristaux se forment, lors du refroidissement du magma, ils peuvent emprisonner d’infimes quantités de magma « pur », dont la composition est représentative de celle du liquide magmatique originel, présent dans les réservoirs magmatiques profonds. Soixante-deux volcans d’arc ont ainsi été étudiés. Les données de profondeur obtenues ont été corrélées aux observations réalisées par diverses méthodes géophysiques et les résultats coïncident avec les prédictions du modèle : plus le magma cristallise en profondeur, plus sa quantité d’eau est importante.
La prise en compte de cette corrélation eau-profondeur permet de contraindre les modèles d’évolution du magma et de prévoir avec plus de précision la survenue d’éruptions. De plus, cela pourrait permettre de mieux comprendre le fonctionnement des volcans explosifs, la présence d’eau étant un facteur d’explosivité.
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