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MédiationCulturelle
Les volcans -------- - - - - - - - - - - - - - - -Le feu de la Terre
Dossier pédagogiquedestiné aux enseignants de 3P à 6P
Javier Fortea, Florence MarteauIllustrationde couverture
© Muséum d’histoire naturelle de la Ville de Genève – 2010
Supervolcan
Dossier pédagogiquedestiné aux enseignants de 3P à 6P (8-12 ans)
2 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Table des matières
Pour organiser votre visite 4L’exposition 5Introduction 6A StructuredelaTerre 7 1.Croûtesetplaques 7 2.Magmaetlave 10B Les5typesdevolcanismedanslemonde 11 1.Levolcanismed’arcoudesubduction 11 2.Levolcanismedepointchaud 14 3.Levolcanismederift 14 4.Levolcanismededorsaleocéaniqueoud’accrétion 15 5.Levolcanismeponctuel 16C Lesvolcansrouges:levolcanismeeffusif 17D Lesvolcansgris:levolcanismeexplosif 19 1.Volcansetcatastrophes 20 2.Volcansetclimat 22E Lesvolcansdeboue:levolcanismefroid 24F Supervolcans 25 1.Qu’est-cequ’unsupervolcan? 25 2.Quellessontlesconditionspouravoirunesuperéruption? 25 3.Quelssontlesfacteursdéclencheursd’unesuperéruption? 25 4.Quelleestlafréquencedessuperéruptions? 25 5.Quelleestlamorphologiedessupervolcans? 26G Lesbienfaitsdesvolcans 28 1.Nouveauxterritoires 28 2.Construction 28 3.Histoiredel’Homme 29 4.Minerais 29 5.Fertilité 30 6.Zéolites 30 7.Gemmes 31 8.Lagéothermie,uneénergierenouvelable 31H Volcanssoussurveillance 33 1.Surveillanceetanalysedesémissionsdegaz 33 2.Surveillanceausol 33 3.Surveillanceaérienne 34 4.Surveillancedeladéformationdusol 34 5.Surveillanceparcaméra 35 6.Surveillancesismique 35
3
I Lesrochesvolcaniques 36 1.Rappel 36 2.Lesrochesvolcaniques 37 3.Lesformesdeslaves(basaltes)desvolcanseffusifs 38 4.Lesformesdeslaves(rhyolites)desvolcansexplosifs 40Outilspourl’enseignant 42Annexe 1:L’Eyjafjöll,chroniqued’uneéruption 44Annexe 2:Pourréaliserunvolcan 48Annexe 3:Questionnaire 50
Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Santiaguito,Guatemala(photoC.Charvet)
4 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Pour organiser votre visite…
Ateliers de médiation gratuits, sur inscription en début d’année scolaire
Une visite guidée de l’exposition temporaire présentée par les commissaires
peut être organisée sur demande, toute l’année, du mardi au vendredi.
Visite payante, dès 8 ans
Téléphoner au +41 (0)22 418 63 44 pour fixer un rendez-vous, ou envoyer un
courriel à : [email protected]
Après réservation, une confirmation écrite est envoyée
A l’arrivée au Muséum, s’annoncer à l’accueil et s’acquitter du montant de la
visite, en espèces uniquement.
Les euros (billets exclusivement) sont acceptés et la monnaie est rendue en
francs suisses, au taux de change en vigueur au Muséum le jour de la visite
(indication : octobre 2010 , soit € 0,74 = CHF 1.-)
A l’issue de la visite, votre reçu peut être retiré à l’accueil
CHF 95.- par groupe (min. 10 pers. - max. 20 - 25 pers.), pour une visite d’une
heure
CHF 60.- par groupe (min. 10 pers. - max. 20 - 25 pers.), pour une visite d’une
heure
Le Muséum dispose de quelques places de parking pour les cars.
Pour la procédure d’accès, nous vous prions de vous annoncer
dès votre arrivée auprès de l’huissier à l’accueil (Tél. +41 (0)22 418 64 00)
Arrivée gare CFF de Cornavin : tramway 16 (arrêt Villereuse),
bus 27 (arrêt Muséum) ou bus 8 (arrêt Tranchées )
Arrivée gare SNCF Eaux-Vives : 15 minutes à pied jusqu’au Muséum ou tramway
12, 16 ou 17 (arrêt Villereuse)
Parking Villereuse
A. Pour les écoles
B. Pour tous les publics
1
2
3
Tarifs
Dès 16 ans
Jusqu’à 15 ans
Précisions utiles
Accès par car
Accès par train
Accès par la route
5Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
L’exposition « Supervolcan »
Volcans spectaculaires
Le volcanisme spectaculaire, aussi nommé « volcanisme rouge »,
les coulées de laves, la formation du magma et les différents
types de volcanismes.
Volcans destructeurs
Le volcanisme explosif (« volcanisme gris »), qui propulse de grandes quantités
de poussières dans l’atmosphère et qui peut donc perturber considérablement
le climat de notre planète.
Volcans bienfaiteurs
Les cendres émises par les volcans fertilisent de grandes régions. Les volcans sont les principaux responsables de la
formation des minerais, une ressource importante dans l’histoire de l’humanité. La géothermie, une énergie renouvelable
souvent liée à la présence des volcans, est traitée dans ce volet.
Volcans sous surveillance
Les méthodes et les outils qui permettent de surveiller les volcans.
Les films projetés en octobre 2010 et février 2011 portent sur cette thématique.
Paroi interned'un cratère
Les 5 typesde volcans
Volcanismeeffusif
Volcanismeeffusif
TV
TV
TV
TV
TV
Géothermie Zonesolfatares
Solfatares
Positifsvolcans
Risquesvolcaniques
Volcans& climat
Vitrinebinoculaire
Sismographe
Le labo
Tunnel de lave
Échantillons de laves Échantillons de laves
Volc
anis
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Volc
ans
de b
oue
Borneinteractive
3e étage
A découvrir également au 3e étage : l’histoire de la Terre
• l’architecture interne du globe terrestre
• la croûte terrestre
• la tectonique des plaques
• les volcans et tremblements de terre
6 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Introduction
« Sans les volcans, la vie ne serait probablement jamais née » Haroun Tazieff.
Bien que dangereux et redoutables, les volcans ont toujours fascinél’Homme.Sourcesdevieoudemort,ilssuscitentcrainteetrespect,ins-pirantmythesetlégendesdanslesquelsleurcolèreestassociéeàcellededivinités.PourlesRomains,ledieudufeuVulcainvivaitdansl’Etna.IlyforgeaitlesarmesdeJupiteretlesflammesquis’échappaientsignifiaientqueledieutravaillait.Lemot«volcan»tiresonnomdeVulcain.
Lesvolcanssontdesreliefsterrestresousous-marinsprésentantdesfrac-turesparlesquelless’écouledelalave(dumagmaquiaatteintlasur-face).Lorsd’éruptions, lemagmaremontedelachambremagmatiqueverslasurfaceparuneouplusieurscheminées.Unefoisensurface, ilserefroiditetdonnedesrochesvolcaniques.Achaqueéruption,levol-cans’agranditparl’accumulationdescouléesdelavesetdescendres.Laformeduvolcanvarieselonletypedelaveetd’éruption.Cetteformationgéologiqueseprésentelaplupartdutempssousformedecône,ausommetduquelsetrouveunorificeappelécratère.Certainsvolcansn’ontplusleursommet,maisunecaldeira(«chaudron»enpor-tugais):ungigantesquetroucauséparuneffondrement.
C’estenessayantdecomprendred’oùprovientlemagmaquelesscienti-fiquesontprogressivementélucidélastructuredelaTerre.
Le personnage en combinaison ignifu-gée, « Supervolcan », vous guide dans l’exposition (© J. Fortea, Museum)
7Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
A Structure de la Terre
1. Croûtes et plaques
Asonorigine,ilyaenviron4,6milliardsd’années,notreplanèten’étaitqu’unebouleardentefaitederochesfondues.Lenoyauetlemanteausesontdifférenciés.LaTerres’estensuiterefroidieensurfaceetunepeaurigide s’est ainsi lentement formée: la croûte terrestre, composée decroûtescontinentaleetocéanique.Lacroûteterrestreesttrèsfine:entre7et70kilomètresd’épaisseur,alorsquelerayondelaplanèteavoisine6400kilomètres.Celaéquivautàl’épaisseurd’unefeuilledepapierposéesuruneorange.
Lacroûte continentale auneépaisseurde20à35kmet elle s’épais-sitjusqu’à50à70kmsousleschaînesdemontagne.Elleestcomposéeavanttoutdegranites,degneissetderochessédimentaires.Lacroûte océanique ne dépasse pas 5 à 8 kmd’épaisseur. Elle est composée deroches sédimentaires et de roches magmatiques basiques, essentielle-mentdesbasaltes(schéma1,p.8).
Lalithosphèreestconstituéedelacroûteocéaniqueetcontinentaleetlapartiesupérieuredumanteausupérieur,rigide.Elleestdécoupéeenplusieursplaquesmobilesetrigidesquidériventsurl’asthénosphère,lapartiedumanteau supérieurdéformable sous lemanteau. L’épaisseuretlacompositiondelalithosphèresontvariables:70à100kmpourunocéanet150à170kmpouruncontinent.Notreplanèteestainsiconstituéeensurfacedemorceauxquiformentcequel’onappellelesplaqueslithosphériques.Onencomptehuitgrandes:les plaques eurasienne, africaine, nord-américaine, sud-américaine,nazca,pacifique,australienneetantarctique,ainsiqueplusieursdepluspetite dimension, notamment les plaques coco, arabique, indienne etphilippine(schéma2,p.9).
La « tectonique des plaques » désigne l’ensemble des phénomènes liés
aux mouvements des plaques lithosphériques : collision, écartement,
coulissement.
8 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Schéma1:L’intérieurdelaTerre(d’aprèsE.Tarbuck,2008)
9Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Schém
a2:Lesgrandesplaquestectoniques
10 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
2. Magma et lave
Unmagmaestunerochefondue.Sanslui,levolcanismen’existeraitpas!Unmagmaquiatteintlasurfaceestappelé«lave».
Lorsquelesmagmasparviennentàlasurfacedelacroûteterrestreparuneouplusieurscheminées,ilslibèrent:• desliquidesoulaves• sileslavessontéjectéesetsesolidifientdansl’air,ellesformentdes
bombes,scories,etcendres• desproduitsgazeux.
Origine du magma
Lesmagmaslesplusrépandusproviennentdelafusionpartielleduman-teausupérieur.Cedernierest,contrairementauxidéesreçues,solideetreprésenteplusde80%duvolumedenotreplanète.Cependant,suiteàunemodificationdetempérature,depressionoud’hydratation,sapartiesupérieurepeutsubirunefusionpartielle.Un liquidemagmatiqueenquantité suffisante, avecunedensitédiffé-rentedel’environnementsolideetsouspression,migreverslehaut.
Le gaz, moteur des explosions volcaniques
Lacomparaisonavecunebouteilledechampagneestinstructivepourlesenfants:
Phase 1 :Lemagmasituédanslachambremagmatiquesubitlapressiondesrochesquil’enferment.Lesgazsontdissousdanslemagma.Cettesituationestsemblableàcelled’unebouteilledechampagnebouchée.
Phase 2 :Lemagma,sousl’effetdelapression,commenceàmonter.Lesgazs’échappentetformentdesbulles.Levolumedumagmaaugmente.Lebouchondelabouteillecommenceàsortir.
Phase 3 :Lemagmaarriveàlasurface.Lesbullesgrossissent,éclatentetpulvérisentlemagma.Lebouchondechampagnesaute.
Enfonctiondutempsdestockagedanslachambremagmatique,lesmag-massetransformentetsont«peuévolués»(volcaneffusif)à«évolués»(volcanexplosif).
Santiaguito,Guatemala(photoM.Caillet)
Couléedelave,Hawaii(photoJ.Metzger)
11Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
B Les 5 types de volcanisme dans le monde
1. Le volcanisme d’arc ou de subduction
Un plancher océanique glisse sous une autre plaque
Lors de son enfouissement, le plancher océanique plongeant libère del’eau et provoque la fusion partielle de la partie supérieure du man-teau.Lesmagmasproduitssontrichesenvolatiles(gaz)ettrèsvisqueux.Ceux-ci provoquent des éruptions explosives parfois très importantes.Ainsiuneforteexplosionpeutdétruirelecônehabituellementforméetengendreruntrouappelé caldeira.Deuxvolcanismesd’arcexistent:• l’arcinsulaire,lorsqu’unplancherocéaniques’enfoncesousuneautre
plaquedumêmetype,• l’arc continental, lorsqu’un plancher océanique s’enfonce sous une
plaquecontinentale.Quinze à vingtmillions d’années de subduction sont nécessaires pourqu’unarcpuissesedévelopper.Cevolcanismeproduitlesgrandsstratovolcans,descônesàpentesfortesformées par l’empilement de couches de produits volcaniques variés:couléesdelavemassives,débrisfragmentés(pyroclastiques),cendresetscories.
EXEMPLES--------------------------Fujiyama (Japon) – arc insulaireMont Saint Helens (Etats-Unis) – arc continentalPinatubo (Philippines) – arc insulaire
LorsdelatrèsforteéruptionduMontSaintHelens(USA)en1980,l’ondedechocdel’explosionarasélesforêtsdansunlargesecteurdemi-circulaireaunordduvolcan.Cesdestructionssontencorevisiblesbiendesannéesaprèslacatastrophe.(photoP.-Y.Burgi)
Cotopaxi,Equateur(photoC.Charvet)
12 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Schém
a3:C
ettecarteprésentelesvolcan
sactifseten
som
meil,levolcanismepo
nctuelpréhistoriqu
e,ainsiquelesgran
dsdépôtsdetrapp
setdeplateauxocéaniquesassociésàdespo
ints
chau
ds.
13Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Schém
a4:Lesdifférentstyp
esdevolcan
ismeetleurslien
saveclem
anteau
terrestreetlatectoniquedesplaques(d
’aprèsJoséE.Vigil,U
SGS).
14 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
2. Le volcanisme de point chaud
Surchauffement local du manteau supérieur
Ce volcanismene se situe pas aux frontières des plaques tectoniques,maisàl’intérieurdecelles-ci.Lemagmatismeapouroriginedespanachesmantelliques ascendants nés vraisemblablement à des profondeurs deplusde670 km.Cemécanismeengendredetrèsgrosvolumesde laveensurface,responsablesdelaformationd’édificesvolcaniquesénormesatteignant 10 km au-dessus des fonds marins, telle l’île d’Hawaii.L’alignementdesîlestémoigne,selonl’explicationclassique,dudéfile-mentd’uneplaqueau-dessusd’unpoint chaudfixe.Amesurequ’ellesedéplace,l’îles’éloignedupointchaud,tandisqu’uneautreapparaît,puissedéplace,etainsidesuite.Récemment,deschercheursontmisenévidencelamobilitédespointschauds.
Ce volcanisme génère des volcans bouclier: des cônes à pente faiblerésultant de l’empilement de coulées de laves fluides, généralementbasaltiques.
3. Le volcanisme de rift
Déchirure d’une plaque continentale
Cevolcanismeapouroriginelamontéed’unpanachemantelliqueliéeàl’amincissementdelacroûtecontinentaleetdelapartiesupérieuredumanteau(lithosphère).Ladécompressiondumanteausupérieurinduitunefusionpartielledecelui-ci.Ilseproduitensurfaceuneffondrementetlacréationd’unfosséappelé«graben».Lemagmaaalorslapossibilitédes’éleverdanslacroûteforte-mentfracturéeetlevolcanismepeutalorssemanifester.
Le point chaud :
traverse une plaque océanique (ex : les volcans hawaïens et ceux de
Polynésie dans la plaque pacifique)
traverse une plaque continentale (ex : Yellowstone dans la plaque
nord-américaine)
se trouve à cheval sur une dorsale océanique (ex : l’Islande).
EXEMPLES--------------------------
Chaîne des Puy (France)Rift Est-Africain (Kenya, Tanzanie)
Pu’u‘O’o,Hawaii(photoUSGS)
15Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Lorsque le «rifting» se développe suffisamment, il évolue en dorsaleocéanique,provoquant ladéchirured’uneplaquetectoniquecontinen-taleetlacréationd’unfondocéanique.Cevolcanismesetraduitparuneactivitééruptivevariéeallantducônedescories,avecdespentesde32-33°etunetailleinférieureàdeuxkilo-mètres, à de grands volcans plus complexes comme le Kilimandjaro.L’interactiondumagmaaveclanappephréatiqueproduitdepetitscra-tèresd’explosionappelés «maar».
4. Le volcanisme de dorsale océanique ou d’accrétion
Remontée continuelle du manteau supérieur
Les échanges de chaleur entre la surface de la Terre et le manteauengendrentdescourantsdeconvection.Leursmouvementsascendantsinduisent des forces de tensionqui fracturent l’enveloppe terrestre etfontremonteràlasurfacelemanteau,partiellementfondusuiteàunedécompression.Ainsi, lemagmas’épanchecontinuellementdepartetd’autrede la cassureoudorsalequi correspondàunezonede forma-tiondelacroûteocéanique.Unefoisformée,celle-ciestprogressivementécartéedepartetd’autredel’axedontelles’éloignedansunmouvementévoquantundoubletapisroulantquisedéplaceversleszonesdesub-ductionoùilestenglouti(plongementdanslemanteausousuneautreplaque). Lesportions lesplusanciennesdeplancherocéaniqueontaumaximum200millionsd’années.
Tout au long des milliers de kilomètres de dorsales océaniques, lesbasaltesémisformentlacroûteocéaniquequicouvreenviron60%delasurfacedelaTerre.Lapressionexercéepar lacolonned’eauàcesprofondeursnepermetpasl’explosivité;ainsicevolcanismeessentiellementeffusifestformédecouléesdelaveentubesouencoussins(pillowlavas).Lesédificesvolcaniquessontcontinuellementdétruitsparl’activitétec-tonique. Lamanifestation la plus intéressante est l’hydrothermalismeintense, avec des cheminées expulsant des fluides chauds fortementminéralisés:lesfumeursnoirs.
EXEMPLES--------------------------
Ce volcanisme se produisant sous l’eau, les exemples ne sont obser-vables qu’avec des sous-marins.L’Islande représente un volcanisme hybride : un point chaud fait monter la dorsale au-dessus du niveau de la mer.
Fumeursnoirs,galerieduMuséum(photoPh.Wagneur)
16 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
5. Le volcanisme ponctuel
Explosion profonde transperçant la surface de la Terre
Aujourd’hui, la causeduvolcanisme,ditkimberlitique,n’estpasbienconnue.Commeleskimberlites sontdesrochesquicontiennentdeslam-beauxdemanteausolideetparfoisdesdiamants,lescénariosuivantestproposé:unpanachedematièrechaudeàlabasedumanteau(2900 km)percute les racinesde la croûte terrestre.Enmontant, la lavearrachedesmorceauxmantelliquescontenantdesdiamantsformésàdesprofon-deurssupérieuresà150km.Aufuretàmesuredel’ascension,ellegagnedelavitesse,atteignantmêmelavitesseduson.Ainsilediamant,malgrélabaissedepressionetdetempérature, n’apasletempsd’êtredéstabiliséetdesetransformerengraphite.Enfin,ellearriveàlasurfacedansuneexplosionvolcaniquecataclysmique.
Ce volcanisme génère des cratères d’explosion profonds, appelés dia-trèmes.Remplisdematériauxderetombée,ilssontentourésd’unanneaudeproduitsd’explosiongénéralementérodé.
EXEMPLES--------------------------
Kimberley (Afrique du Sud)Yakutia, Sibérie (Russie)
En Suisse, il n’y a pas de zone où la croûte terrestre laisse monter du
magma des profondeurs. Les risques d’éruptions volcaniques sont donc
peu importants.
Kimberley(photoF.G.Waters)
17Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
C Les volcans rouges : le volcanisme effusif
Les volcans les plus féeriques, les volcans effusifs ou volcans rouges,émettentdeslavesfluidesrelativementpauvresensilicequiformentdesfontaines.Ilsprojettentdeslambeauxdelavetrèsdéchiquetésetdescouléesdelaveplusoumoinsliquidess’écoulentsurdegrandesdistancesàdesvitessespouvantatteindreplusde60km/heure.Lesvolcansrougesnesontpasconsidéréscommedangereux.
Alasortieduvolcan,latempératured’unelavebasaltiqueestdel’ordrede1100°C.
Ceslavespeuvents’écoulerdansdeschenaux,lesquelspeuventévoluerentunnels de lave.
Danslecontextedescoulées«pahoehoe»,lanatureserévèleuneartistesans limites et crée des formes très diverses et spectaculaires, tellesles laves cordées, les draperies, les boyaux, les doigts de Pelé (déessehawaiiennedesvolcans),lescascades,etc.Le phénomène s’explique par la différence entre la viscosité du cœurchaudetliquidedelacouléeetcelledelasurfacerefroidie,quitelleunepeauvadoncseplisseràl’infini,entraînéeparsoncœur.
Lesvolcanologuesprofitentde ces conditionsmoinsdangereusespourfaire des échantillonnages de lave et des mesures de températures.Cependant,lacombinaisonthermiqueestlabienvenuepourserappro-cherd’unelaveàplusde1100°C!
Levolcanismehawaïenestdetypeeffusif:seslavessontfluidesetelless’épan-chenttypiquementencouléesappelées«pahoehoe».(photosJ.Metzger)
Un tunnel de lave (aussi appelé tube de lave) se construit exclusivement
sur des volcans à laves fluides qui s’écoulent au début de l’éruption
dans des chenaux parfois de taille importante.
Un tunnel se forme de deux façons :
par refroidissement et solidification de la surface de la coulée,
ou
par débordements successifs et agglomération des laves sur les
bords du chenal créant une voûte au-dessus de la coulée.
LE PETIT TRUC--------------------------
Pour les enfants, on peut comparer le magma fluide à du lait que l’on chauffe et qui va déborder, et le magma visqueux à de la purée de pommes de terre, avec des éléments qui vont gicler hors de la casserole.
18 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Lorsdel’importanteéruptiondel’Etnadurantlesannées1982-1983,lacouléedelaveprincipaleadétruitlaroutereliantlebourgdeNicolosiàSapienza(sitetouristiqued’accèsauvolcan).
Explosionstromboliennetypique.Ils’agitdeprojectionsbasaltiquesintermittentesdescoriesdelavefraîcheetincandescenteàdeshauteursvariantdedizainesàcentainesdemètres.
Couléedelave,Etna
LE SAVIEZ-VOUS ?
Un volcan est considéré comme actif s’il est entré au moins une fois en éruption au cours des dix derniers
millénaires. Environ 1500 volcans répondent à ce critère.
(photosJ.Metzger)
19Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
D Les volcans gris : le volcanisme explosif
Levolcanismeexplosifestassociéauxlavesévoluéesetseproduitaveclescinqtypesdevolcanisme.Toutefois, ilestplutôtcaractéristiqueduvolcanismed’arc.
L’explosivitédépenddelateneurenvolatiles(gazdissousdanslemagma)etde la viscositédesmagmas.Plus ils sont visqueuxet riches engaz,pluslesexplosionssontpuissantes.Celles-cipeuventêtregénéréesparl’effondrement d’un flanc du volcan qui libère brutalement les pres-sions internes dumagma. Lemélange des cendres volcaniques et desgazchaudss’élevantau-dessusd’unvolcanformelacolonneéruptiveoupanachevolcanique.Lesvolcanssontactuellementclassésparleurindexd’explosivité(VEIenanglais,cf.tableau)quivade1à8.Pourgénérerdeséruptionscolossales,degrandeschambresmagmatiquesetdegrandesquantitésdemagmasontnécessaires.Avec lacolonneéruptive, lescouléespyroclastiquesounuéesardentessont l’expression caractéristique du volcanisme explosif. Les grandspanachesdecendrespeuventatteindre lastratosphèreet influencer leclimat.
Lesvolcansgris,explosifs,sontparticulièrementdangereux,etleseffetsd’uneéruptiondecetypedevolcansontparticulièrementdévastateurs.
LeSantiaguito(Guatemala)présenteuneactivitéexplosivededômedelave.Lesdômesseformentlorsqueleslavessontvisqueusesetretiennentlesgaz;lorsquelaquantitéetlapressiondeceux-cisonttropgrandes,l’explosionseproduitavecviolence.(photosC.Charvet)
Les magmas très visqueux donnent naissance à des extrusions en
forme de dômes, des aiguilles massives ou des lames.
0
1
2
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4
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VEI
non-explosif
explosif
modéré
cataclysmique
paroxysmal
colossal
super-colossal
mega-colossal
Description
sévère
<100 m
100-1000 m
1-5 km
3-15 km
10-25 km
>25 km
>25 km
>25 km
>25 km
Haut. panache
1000 m3
10'000 m3
1'000'000 m3
10'000'000 m3
100'000'000 m3
1 km3
10 km3
100 km3
1'000 km3
Volume émis Classification
Hawaiien
Haw/Strombolien
Vulcanien
Stromb/Vulcanien
Vulc/Plinien
Plinien
Ultra-plinien
Plin/Ultra-plinien
Ultra-plinien
Fréquence
journalière
journalière
hebdomadaire
annuelle
10 ans
10'000 ans
1'000 ans
100 ans
100 ans
Mauna Loa
Stromboli
Galeras (1993)
...............
Soufrière Hills (1995)
St. Helens (1980)
Mount Pinatubo (1991)
Tambora (1815)
Toba (73'000 BP)
Exemples
20 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
1. Volcans et catastrophes
Parcomparaisonaveclesautrestypesdecatastrophes(sécheresses,inon-dations,cyclonestropicauxetséismes),celles liéesauvolcanismesontpeufréquentesetsouventmoinsgraves.DurantleXXesiècle, ilyaeuprèsde80’000victimesduesàdel’activitévolcanique(unseulséismeàShaanxienChine,en1556,afait830’000victimes).Alors que les retombées de cendres, les coulées de laves et les nuéesardentessontassociéesaustadeactifd’unvolcan,leslahars,leséruptionsdegazetlesécroulementsdeflancssontplutôtpostérieursàl’activité.
Dessin schématique de la structure interne d’un volcan et de ses diverses manifesta-tions externes responsables de risques plus ou moins importants pour la population.(d’après un dessin de l’USGS)
21Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Coulées pyroclastiques (nuées ardentes)
Les nuées ardentes résultent souvent de l’effondrement de colonneséruptivesoudel’écroulementdesflancsdedômesdelaves.Lescouléesainsigénéréespeuventatteindredestempératuresdeplusde500°C.Ellessontcomposéesdegazetdeparticulesdetaillesvariables.Comparablesàdesavalanchesdeneigepoudreuse,maisbeaucoupplusdenses,ellesdéferlentàdesvitessesatteignant300kmparheure.Cerisqueestconsi-dérécommemajeurcarcescouléesfranchissentfacilementlesobstaclestopographiques.
Retombées de cendres
Lesgrandesexplosionsvolcaniqueséjectentunequantitéimportantedelavespulvérisées.Lescendres(particulesdemoinsde2mm)enconsti-tuentunelargeproportion.Plusdensesquelaneige,ellescréentundan-gerd’effondrementdesbâtimentset leurremobilisationpar lespluiesgénèredescouléesdeboue,trèsdestructrices.
Coulées de lave
Descouléesdelavesontgénéréesparl’éruptiondevolcansdetypeplusoumoinseffusif.Leurprogression,souventrelativementlente,limitelesrisquespour lespopulations,maispaspour lesconstructionsfixes.Laconstructiondediguesetlerefroidissementavecdel’eauontpermisdedévieroud’arrêterdescouléesavecsuccès.
Lahars
Letermelahardésignedescouléesboueusescomposéesdecendres,deblocsetdedébrisderochesvolcaniquesdetoutestailles.L’eauprovientdeprécipitationsimportantes,delavidanged’unlacdecratèreoudelafonted’unglacierencontactdirectaveclalave.Ceslaharspeuventavoirunetempératuredeplusde50°C.
Activitéphréato-magmatiqueimpression-nantesurleflancsuddel’Etnaen2001.(photoM.Caillet)
L’îledeMontserrataunorddesAntillessubitdepuis1995,danssamoitiéméri-dionale,leséruptionssuccessivesdesonvolcan(SoufriereHills).Lescouléespyro-clastiquesquidévalentsesflancsontunpouvoirparticulièrementdestructif;ellessontcomposéesd’unmélangedeblocs,decendresetdegazàhautetempérature.(photoC.Frischknecht)
22 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Ecroulements des flancs des volcans
Lesédificesvolcaniquessontformésparl’empilementsuccessifdecou-lées,scoriesetcendres;ilssontdoncinstablesetunpanducratèrepeutsedétachersousl’effetdelagravitéoudeséismes.Surlesîles,cesglis-sementsengendrentparfoisdesraz-de-marée(tsunamis)géantsparticu-lièrement destructeurs. Il y a environ 8000 ans, le flanc est de l’Etnas’esteffondréetaprovoquéunraz-de-maréetitanesqueenMéditerranéeorientale.
Emissions de gaz
Siunechambremagmatiquesetrouvesousunlacdecratère,dudioxydedecarbone(CO2)s’échappedumagmaetsedissoutdansl’eauenformantdel’acidecarbonique.LasolubilitéesttellementefficacequelevolumedeCO2dissoutpeutatteindreplusieursfois levolumedel’eau!Lemélangeeau-CO2,plusdensequel’eau,s’accumuleaufonddulac.Quandl’équi-libre est déstabilisé, par un glissement de terrain par exemple, le gazinodorefaitéruption,commeceluiduchampagnequandondébouchelabouteille,ettueparasphyxie.Siduméthaneestprésent,ilcauseunecombustion.
2. Volcans et climat
Lors d’éruptions volcaniques violentes, de grandesquantitésdesoufre(SO2,H2S)etd’acidechlorhydriquesont projetées dans la stratosphère. Par exemple, levolcan Soufriere Hills (île de Montserrat, PetitesAntilles) a émis entre novembre 1999 et novembre2000 plus de 400 tonnes d’acide chlorhydrique parjour! Par combinaison avec l’eau, l’acide sulfuriqueet l’acide chlorhydrique sont convertis en aérosols(minusculesgouttesde~0,5microns).Ilscontribuentnonseulementàdétruire l’ozone,mais jouentaussiunrôled’écranpourlefluxsolaire,refroidissantainsilasurfacede laTerre (voirschémaci-contre).A l’in-verse, d’importantes émissions de CO2 causent unréchauffement.
CO2CO2
CO2
Plus lourd que l'air le CO2dévale les pentes Le gaz s'échappe
du lac
Un séisme glissement de
terrain qui déséquilibre les pressions
provoqueun
Le CO est maintenuen solution par le poidsde l'eau
2
Le CO s'infiltre dans lesfractures des rochesà la base du volcan
2
23Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Degrandeséruptionshistoriquesontinfluencéleclimat:
• Le Laki (1783)L’éruptionduLakidanslesuddel’Islande,dejuin1783àfévrier1784,estassociéeàdesannéesdeclimatdésastreuxetseraitenpartierespon-sabledesfaminesquiontprécédélaRévolutionfrançaise.
• Le Tambora (1815)Le10avril,leparoxysmedel’éruptionduTamboraenIndonésien’aduréquetroismois,acausétoutd’aborddesnuéesardentes,puisdestsuna-mis,etenfindelafamineetdesépidémies,faisant92’000victimes.Lesparticules de lave pulvérisées dans la stratosphère ont occasionné descouchersdesoleilflamboyantsjusqu’àLondres,unphénomèneimmor-talisésurlesaquarellesdupeintreanglaisWilliamTurner(1775-1851).DanslesAlpessuisses,enété1816,ilneigeapresquetouteslessemainesetàGenève,commedanstout lerestede l’Europe,ce fut l’été leplusfroidetlepluspluvieuxdetoutesonhistoire.
• Le Pinatubo (1991)En1991,l’éruptionduvolcanPinatubo,auxPhilippines,estconsidéréecommelaplus importanteduXXesiècle.Leréveilbrutaldecevolcan,aprèsplusde650ansdesommeil,atouchéautotalprèsde2,5millionsdepersonnes.L’activité éruptive a débuté en avril 1991 et a augmenté progressive-mentjusqu’aumoisdejuin.Levolcanaéjectéentre5et7km3dematé-riauxpyroclastiques,détruisantdenombreuxvillagesetenrecouvrantd’autresd’unecouchedecendresde50cm.Lepanache,transportéparlesventsd’altitude,aencerclélaTerreenunmois.Toutd’abordrestreintàlazonetropicale,ils’estétendusixmoisaprèsl’éruption,auxplushauteslatitudesetaprovoquéunabaissementdelatempératuremoyennemondialed’unquartdedegré.
LE SAVIEZ-VOUS ?
À ce jour, 420 éruptions ayant occasionné des pertes humaines ont été
répertoriées. Depuis le début du XVIIe siècle, 30 d’entre elles ont été res-
ponsables de la mort d’environ 350’000 personnes. Les plus meurtrières
ont été celles des volcans Tambora en 1815 (Indonésie, 92’000 victimes),
du Krakatau en 1883 (Indonésie, 36’500 victimes), de la montagne Pelée
en 1902 (Martinique, 29’000 victimes) et du Nevado del Ruiz en 1985
(Colombie, 25’000 victimes).
Pinatubo,éruptiondu12.6.1991(photoD.Harlow,USGS)
24 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
E Les volcans de boue : le volcanisme froid
Dansnotre système solaire, il n’y a pas que des volcans qui émettentdumagma.Certains,lescryovolcans,présentsparexemplesurTritonetTitan,éjectentdel’eau,del’ammoniacouduméthaneàdestempératuresau-dessousdezérodegré.SurTerre,lesvolcansfroidssontlesvolcansdebouequiprojettentunmélangeliquideeau-argilesoueau-gaz-argiles.
Surnotreplanète,lesvolcansdebouesontassociésàdeszonesdecom-pression, souvent des plans de subduction. Si des couches d’argilescontiennent de grandes quantités d’eau et de gaz, elles font éruptionquandlapressionestsuffisanteets’ilexisteunconduitverslasurface.Enfonctiondeleurfluidité,lesvolcansdeboueformentdescouléesoudescônespouvantatteindreplusieurscentainesdemètresdehauteur.Latempératuredelabouevarieentre10et100degrés.
Le saViez-Vous ?
Ce volcanisme se rencontre en Iran et au Pakistan (Makran), en Azerbaïd-
jan et en Indonésie. Le golfe du Mexique est fameux pour ses exemples
sous-marins. La Méditerranée orientale recèle des volcans de boue sous-
marins au sud de la Crète. Ce phénomène s’explique par la formation
d’une ride méditerranéenne qui s’étend de la Sicile à la Turquie. C’est
ainsi une chaîne de montagnes qui est en train de naître, futur Himalaya
remplaçant la Méditerranée dans quelques dizaines de millions d’années
si les mouvements se poursuivent de la même façon.
Bullesdeboue(photoPh.Wagneur)
25Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
F Supervolcans
1. Qu’est-ce qu’un supervolcan ?
Un supervolcan est un volcan qui produit une ou plusieurs éruptionsexplosivesd’unegrandeviolence.L’indiced’explosivité(VEI)estde8ouplusetlamasseéjectéepeutêtresupérieureàmillemilliardsdetonnesdemagma,avecunvolumedel’ordrede1000km3dedépôts«fragmen-tés»(ignimbrites).
2. Quelles sont les conditions pour avoir une superéruption ?
Il est nécessaire d’avoir une chambre magmatique très volumineuse(~5000km3)etunmagmadeviscositéélevéeavecuneforteteneurencomposésvolatiles(souventdel’eaudissoute).Pourproduireune superéruption, le tauxde remplissagedu réservoirdoitêtresupérieuràlanormalequiestengénéralde1km3/1000ans.
La caldeira de Yellostone, parc natio-nal aux Etats-Unis, est également connue sous le nom de « supervolcan de Yellowstone ». Cette caldeira mesure 45 kilomètres de largeur sur 85 de longueur.
B his op Tuff
Lg
as
vm
es et re pli sa e postcaldera
Intrusionsde magma frais
Intrusionsde basalte
0 km
5
10
15
20 km100
MammothMountain Glass
Mountain
NESW
Dôme résurgent
CALDERA de LONG VALLEY
Magma potentiellement éruptif(<50 %vol. cristallisé)
Granitoïdes
Magmaen partiecristallisé>50 % vol.
Socle
26 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
3. Quels sont les facteurs déclencheurs d’une superéruption ?
Lapressionausommetdelachambremagmatiquedoitêtretrèsélevée.Ellepeutêtreprovoquéeparunesaturationengazmagmatiques,et/ouun apport demagma «frais» dans lemagma partiellement cristallisé,voireunedéstabilisationdelachambremagmatiqueparunséisme.
4. Quelle est la fréquence des superéruptions ?
Enmoyenne, une tous les 100’000 à 200’000 ans.De tels événementsse sont donc produits depuis l’apparition de l’Homme (par exemple,l’éruptionduLacTobailyaenviron74’000ans,etl’éruptionOruanuienNouvelle-Zelande,ilyaenviron26’500ans).Toutefois,ilsn’ontjamaisétédocumentésphotographiquement.LeséruptionsduTambora(Indonésie,1815),duKrakatau(Indonésie,1883),duMontSaintHelens(Etats-Unis,1980)etduPinatubo(Philippines,1991)serventd’exempleshistoriquesd’éruptionscataclysmiques(VEI5à6).
5. Quelles sont les conséquences des superéruptions ?
Lors de ces superéruptions, l’énergie libérée et l’énorme quantité decendresprojetéesàtrèshautealtitudesontsusceptiblesdedétruiretouteformedevieàgrandeéchelle;lescouléespyroclastiquesproduitesparce typed’éruption ravagent tout sur leurpassage et génèrent, si ellesatteignentlamer,desrazdemaréegigantesques(exempledeSantorin,ilya3600ans).L’impact sur le climat est considérable; l’augmentation de la concen-tration des aérosols dans l’atmosphère due notamment aux sous-pro-duitssoufrésengendresurunecourtepériodeunebrusquechutedelatempératuremoyennede l’ordre de 10°C, suivie d’un retour à la nor-male pouvant s’étaler sur de nombreuses d’années. Accompagnées defortesperturbationsdelapluviositéautourduglobe,cessuperéruptionsendommagent de nombreux écosystèmes pour des siècles, et ont desconséquencesdévastatricespourlaviesurterre.Parexemple,lafaiblediversitéactuelledel’espècehumaines’expliqueraitparuneextinctionquasi-totaledel’Homme(«goulotd’étranglementgénétique»),ilya70à80’000ans,unepériodequicoïncideaveccelledelasuperéruptionduTobaenIndonésie,ilya74’000ans.
2 4 6 8 10 12ppbV
La concentration en aérosols augmente
Carte mondiale montrant la concentration résiduelle d'aérosols de dioxyde soufre (SO2) à 26 km d'altitude, 3 mois après l'éruption du Mont Pinatubo. Source NASA.
Phasesdeformationd’unecaldeira
Cartemondialemontrantlaconcentra-tionrésiduelled’aérosolsdedioxydedesouffre(SO2)à26kmd’altitude,3moisaprèsl’éruptionduMontPinabubo(SourceNASA)
27Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
6. Quelle est la morphologie des supervolcans ?
Lessuperéruptionsgénèrentdevastesdépressionsappeléescaldeirasquipeuventatteindreplusde100kmdediamètre.Ellessontsouventdiffi-cilesà identifier,carl’érosionnelaissequedesaffleurementsisolésetl’altérationetlavégétationpeuventcacherlesdépôtscaractéristiques.Laprojectiond’énormesquantitésdemagmaprovoquel’effondrementdu toit de la chambremagmatiquedans lequel retombe35 à 50%delamatière éjectée sous formede couléespyroclastiques (ignimbrites=«pluiesdefeu»).Aprèslabrèvephaseéruptivequidurequelquesheuresouquelquesjours,voirequelquesmois,ilnerestequ’unreliefencreux,danslequelsou-ventcroîtparlasuiteundômerésurgent.Celui-ciestentourédedépôtsd’ignimbrites (couléespyroclastiques)pouvantatteindreplusieurscen-tainesdemètresd’épaisseur,lissantlepaysageetrendantainsidifficileladétectiondescaldeirasdesupervolcans.L’identificationdifficiledesdépôtsdecetypedevolcanismeexpliquelefaitquelesétudesdétailléesn’ontdébutéquerécemment.
SteamboatGeyser,YellowstoneNationalPark:éruptiondu2mai2000(photoTomCawley,NPS.)
28 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
G Les bienfaits des volcans
Le volcanisme était particulièrement actif à l’origine de la Terre, il ya environ 4,6milliards d’années! Par dégazage (essentiellement de lavapeurd’eau,dudioxydedecarbone,del’azote),lesvolcansontcontri-bué à la formation de l’atmosphère et par condensation à celle desocéans.Ceciapermisensuitel’apparitiondelavieetl’enrichissementdel’atmosphèreenoxygène.Le fait qu’un important pourcentage de la population terrestre viveautourdesvolcansactifsoudormantsdémontrequeleseffetsbienfai-teursdesvolcanssontplusimportantsquelesdangers.
1. Nouveaux territoires
Lesvolcansconstruisentdenouvelles îles (SurtseyenIslande,Antilles,Réunion,Tahiti,etc.).Lesraresfoisoùunvolcanmarinperceleniveaude l’eau, des explosions spectaculaires se produisent. En été 1831, lebrusquesurgissementhorsdel’eaudel’îlevolcaniquedeFerdinandea,situéeaulargedelaSicile,afaillidéclencherunebataillenavale.L’îlenaissantedeplusde700mètresdediamètreaétérevendiquéeparlesAnglais,lesFrançaisetlesNapolitains,quil’ontbaptiséerespectivementGraham,JuliaouFerdinandea.Ladisparitionduvolcanparérosion,le28décembre1831,mituntermeàladispute.
2. Construction
Alors que les coulées basaltiques et les ignimbrites (dépôts de couléespyroclastiques) produites par les coulées pyroclastiques sont utiliséespourlaconstructiondemursetdepavementsderues,lesscoriespeuventêtre exploitées commematériaux isolants. Certains dépôts de cendresvolcaniques,commeenCappadoce(Turquie)parexemple,permettentdeconstruiredestunnelsetdeshabitationstroglodytes.Lescendresvolcaniques(pouzzolane)etlespierresponcesmélangéesàde lachauxsontutiliséesdepuispresque3000anspour la fabricationdesciments.Cemélangealacapacitédedurcirmêmesousl’eau.CettecaractéristiqueapermisauxRomainsdeconstruiredegrandspontsetdesaqueducs.Lapouzzolaneestutiliséepourlesdrainagesetestsouventincorporéedanslesmatériauxservantdebasepourlastructuredesroutes.Elleestégalementemployéepourletraitementdeseauxuséescarellefixelesbactéries.Trèsrésistanteàlachaleur,elleestexcellentepourlafabrica-tiondesconduitsdecheminée.
HabitationstroglodytesenCappadoce(photoA.Favre)
29Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
3. Histoire de l’Homme
Pourlesanthropologuesetlesarchéologues,lesosse-mentsettracestrouvésdanslescouchesvolcaniquessont un double cadeau: premièrement, les fossilessontbienpréservéscarilsontétérecouvertsrapide-mentparlesdépôtsvolcaniques.Deuxièmement,lesrochesvolcaniquespermettentunedatationprécise.La plupart des restes proviennent des régions vol-caniques d’Afrique et d’Indonésie. Les décou-
vertes lesplus spectaculaires sont les empreintesd’hominidésde typeAustralopithecus, datées de 3,7 millions d’années, dans une couche decendresdeLaetolienTanzanie.Lesplusanciensoutilsutilisésparleshominidésdatentde2,5millionsd’années, sonten laveetproviennentdu lacTurkanaauKenya.Ainsi,notresavoirsurlesancêtresdel’Hommeestintimementliéauxérup-tionsvolcaniques.La destruction quasi instantanée des deux villes d’Herculanum et dePompéiparl’éruptionduVésuveen79avantJésus-Christapermisd’ob-teniruneimagetrèsdétailléedelaviedesRomains.
4. Minerais
Lesrégionsvolcaniquesréunissentlestroisélémentsimportantsnéces-sairespourlaformationdeminerais:• unesourced’énergie(moteurpourlacirculationdesfluides),• unréseaudefracturesavecunegrandesurfacedecontactpermettant
l’interactionroche-fluide,• desfluidesricheseneaupourletransportdeséléments.L’eaupénétrantdanslesfracturesestchaufféeetacidifiéepardissolutionduSO2etduCO2,deuxparamètresquipermettentdedissoudrelesélé-mentsmétalliquesdesrochesenprofondeur.L’eauchaudeetlesgaz,moinsdenses,montentverslasurface.Soitparneutralisationdufluide, soitparrefroidissementet/oudécompression,différentesréactionsengendrentlaformationdesmineraisdetype«sul-furesmassifs»(petitsgisementsdehautequalitécontenantducuivre,duzincetduplomb),desmineraisdisséminésengrandequantitédetype«porphyrescuprifères»(cuivre,molybdène,zinc),defilonsoudedépôtsd’élémentsnatifsetd’alliages(parexemple,or,or-argent,soufre).
Laetoli,Tanzanie,Pliocènesupérieur,-3,7 millionsd’annéesCestracesdepiedssontleplusancientémoignageactueldelamarchebipèdedenotrehistoire.TroisindividusaumoinsontlaisséleursempreintesdansunsolforméparlescendresduvolcanSadiman.UnmoulageestprésentéauMuséum(PhotosPh.Wagneur)
MinedeRioTinto,Huelva,Espagne.Mineraisdecuivre,plomb-zinc,argent,or(photoL.Fontboté)
30 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
5. Fertilité
Comparablesauxlimonsapportésparlesgrandsfleuvesquiinondentlesplaines,lescendresvolcaniquesfertilisentlessols.Fines et souvent poreuses, les cendres s’altèrent vite en formant desminérauxdugroupedeszéolitesetdesargiles.Ceux-cirégulentlesélé-mentsfertilisantsetl’humiditédanslesol.Cette fertilité permet jusqu’à trois récoltes annuelles de riz en Asie,contreuneseuledanslaplupartdesrégionsenInde.Ellefavoriseégale-mentlacultureducafé,ducacao,desbananesdansdespaysvolcaniques,commelaColombie, leCostaRica, leGuatemalaetd’autrespaysdelaCeinturedefeu quiencerclel’océanPacifique.
6. zéolites
Degrands gisements de zéolites se sont formésdans les dépôts volca-niquessuiteàl’altérationdeslavespardeseauxchaudes.Cessilicateshydratés ont des propriétés remarquables. Ils présentent de grandsespacescommuniquantpardes«tunnels»plusoumoins larges,oùselogentdegrandscationscomme lepotassiumou lecésium,desmolé-culesd’eauouencoredesmoléculesorganiques.Leszéolitessontemployéespourdiversusages:micro-tamispourséparerlesdifférentshydrocarbures, semellesdans les chaussurespourabsor-berlesmauvaisesodeurs,absorbantsdel’huileoudel’essenceaprèsunaccidentroutier,adoucissantspourmachineàlaver(éliminelecalciumdissous dans l’eau calcaire). Leursmultiples applications industriellesontconduitàuneproductionartificiellepourcellesquin’existentpasenquantitéssuffisantesdanslanature.Aprèsl’accidentnucléairedeTchernobyl,lesRussesontdéversédesmil-liersdetonnesdezéolitessurlessolslespluscontaminés.L’impactdecettecatastrophefutconsidérablementlimitéparlafixationdel’isotoperadioactif du césium (caesium-137) dont la période radioactive est del’ordrede30ans.
Levolcanismedel’îledelaRéunionesteffusif.Leslavescordéessonttrèsrapide-mentcoloniséesparlesjeunesfougèresdansleclimatdetypetropicalhumide.(photoJ.Metzger)
Il faut parfois attendre 10 à 100 ans pour que la végétation puisse
repousser sur un nouveau sol.
Stilbite(rose)etapophylitte(incolore)surbasalte(photoPh.Wagneur)
31Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
7. Gemmes
Certainesgemmescommelediamantoul’améthystesetrouventpresqueuniquement dans les roches volcaniques; c’est également le cas de laplupartdesolivines(péridots)etdeplusde50%dessaphirsetdesrubis(desvariétésdecorindon).Exceptél’améthyste,cesminérauxnesontpasissusd’unecristallisationauseind’unmagma,maissontdesreliquatsrésistantsàl’assimilationparcelui-ci.Alorsquelediamantetl’olivinenaissentdanslemanteau,lescorindonsseformentdansdesargilesfor-tementmétamorphiséesdelacroûteterrestre.Les grandes géodes d’améthyste (variété violette de quartz) se rencon-trentdans lesvacuoles (bullesdegaz)desgrandescouléesbasaltiques,notammentauseindestrapps(plateauxvolcaniques)duBrésil.
8. La géothermie, une énergie renouvelable
Dans les régions volcaniques, le thermalisme est connu depuis l’Anti-quité.EtdepuisleXIXesièclelaproductiond’énergies’estdéveloppée.Lapremièrevéritableexploitationindustrielledatede1827etestentre-priseàLarderello(Toscane,Italie)parleFrançaisFrançoisdeLarderel.Lavapeurpermetd’alimenterdesmachinesdestinéesàévaporerdessau-murespourlaproductiondubore.Alamêmeépoque,l’Islandeextraitduselmaringrâceàlagéothermie.C’est à Larderello que la géothermieproduit pour la première fois aumonde,en1914,del’électricité.EnIslande,unréseaudechauffageestinstallé en 1830. LaNouvelle-Zélande est le second pays en 1853 à sedoterd’uneusineélectriquegéothermique.Lesprincipauxcentresgéothermiquesmondiauxàproductionélectriquesonttoussituésdansdesrégionsvolcaniques.
La chaleur augmente avec la profondeur : en moyenne 3°C par 100 m.
Ce phénomène, appelé gradient géothermique, varie considérablement et
dans les régions volcaniques, il peut atteindre 50°C/100 m (en Islande,
par exemple).
Ce flux de chaleur permanent provient de la désintégration des élé-
ments radioactifs présents dans les roches du manteau et de la croûte
terrestre.
LE SAVIEZ-VOUS ?
On trouve dans les roches
volcaniques beaucoup de
pierres précieuses comme le
diamant.
Vuenocturnedurigdeforaged’exploita-tiongéothermiqueàBâle(photoBaselGeopowerAG)
32 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
La géothermie de haute température (150-350°C)
Les régions volcaniques actives permettent d’exploiter des sources devapeur,situéesentre1500et3000mdeprofondeur,pourlaproductiond’électricité. La vapeur naturelle, par l’intermédiaire d’échangeurs dechaleur,produitdelavapeur(déminéralisée)quientraînedesturbinescoupléesàdesalternateurs.
Lesplusgrandesinstallationssesituentdanslarégion«TheGeysers»aunorddeSanFrancisco(Etats-Unis;1000MW),àLarderello(400MW)etMonteAmiataenItalie,àWairakei(150MW)etBroadlandsenNouvelle-Zélande.D’autrescentralesélectriquesimportantesexistentenIslande,auMexiqueetauJapon.
99%delaTerresontau-dessusde1000°C!Maisseulesleszoneschaudesdesrégionsvolcaniquesprochesdelasurfacepermettentuneexploita-tionfacile.
Lachaleuraugmenteavec laprofondeur:enmoyenne3°Cpar100m.Cephénomène,appelégradientgéothermique,varieconsidérablementetdanslesrégionsvolcaniques,ilpeutatteindre40°C/100m(enIslande,parexemple).Cefluxdechaleurpermanentprovientdeladésintégrationdesélémentsradioactifsprésentsdanslesrochesdumanteauetdelacroûteterrestre.
La GéoTHerMie eN suisse
Malgré l’absence d’acti-
vité volcanique, la Suisse a
un potentiel géothermique.
Si l’on compare à l’échelle
mondiale la puissance géo-
thermique par habitant
(uniquement production de
chaleur), la Suisse arrive au
3e rang après l’Islande et la
Nouvelle-Zélande !
C’est en Suisse que l’on
trouve le plus de sondes
géothermiques et de pompes
à chaleur, avec en moyenne
une installation tous les deux
kilomètres carrés !
A consulter :
www.geothermie.ch
très basse température(entre 20 et 30°C)
basse température(entre 50 et 80°C)
moyenne température(entre 90 et 150°C)
haute température(entre 150 et 350°C)
Lesdifférentstypesdegéothermieetleursapplications
33Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
H Volcans sous surveillance
Prévoir leséruptionsvolcaniquesestunenjeumajeur,étantdonnélesdommageshumainsetéconomiquescausésparcesdernières.La surveillance est basée sur l’étude de phénomènes physiques etchimiquesperceptiblesensurface.
1. surveillance et analyse des émissions de gaz
L’échantillonnagerégulierdesgazdonneuneinformationutilesurl’évo-lutiond’unvolcan,uneéruptionétantprécédéeparl’émissiondegaz.Lemeilleurannonciateurestlegazcarbonique(CO2)relâchéparlemagmaàuneprofondeurd’environ10km.
2. surveillance au sol
Lesmesuresàl’intérieurducratèresontdangereusesàcausedelatempé-ratureélevée,ainsiquedelatoxicitéetdel’aciditédesgaz.Pourréduirelesdangerslorsdel’échantillonnage,desstationsfixesd’analysesauto-matiquesencontinusontinstallées.Uneautretechniqueconsisteàpré-leverlesgazdirectementdanslecratèreàl’aided’unpetithélicoptèretélécommandé.L’émissiondedioxydedesoufre (SO2)estmesuréeparune installationpermanenteéquipéeavecunspectromètreoptique.Lesinfiltrationsdegaz(dioxydedecarbone,CO2;hydrogènesulfuré,H2S)danslesoldel’édi-ficevolcaniquesontégalementestimées.Lapriserégulièredemesuresetd’échantillons(température,pH,conduc-tivitéetconcentrationengazdissous)dansleseauxdeslacsdecratèreouleseauxsouterraines(phréatiques)permetdedétecterlesmodificationsducomportementd’unsystèmevolcanique.
LE SAVIEZ-VOUS ?
150 des 1500 volcans actifs
dans le monde sont sur-
veillés. Le premier observa-
toire volcanologique a été
installé en 1841 sur le Vésuve
en Italie.
L’intense activité dont ont fait
preuve les volcans d’Hawaii
depuis la fin du XIXe siècle en
ont fait un des sites les plus
étudiés et les plus surveillés
au monde.
34 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
3. surveillance aérienne
Unavionéquipéd’unspectromètreoptique (COSPEC)mesurel’absorp-tiondesrayonsultravioletsparledioxydedesoufre(SO2)etpermetdedéterminerlecontenudecegazdanslepanachevolcanique.L’appareilvoleàdifférentesaltitudesperpendiculairementàladirectionduventetprenddesmesuresdebasenhautdanslepanache.Unepompeaspirelesgazdansunappareil(LYCOR)placéàl’intérieurdel’avionquivoleàdifférentesaltitudes.Cetinstrumentanalyselaconcen-trationendioxydedecarbone(CO2)etenhydrogènesulfuré(H2S).
4. surveillance de la déformation du sol
Lapousséedumagmaet l’expansiondesbullesdegazentraînentunedilatationduvolcanetprovoquentdesvariationsdepentesetdesouver-turesdefissures.Uneméthodesimple,maiscependantpeufiable,consisteàmesurerladéformationdespentesavecuninclinomètre.Lesvariationsd’angleetdedistanceentredesrepèrespermanents,placéssur l’édifice, sontmesuréespar triangulationavecun théodolite et/ouavecunsystèmeélectroniquedemesureàdistanceparlaser.Lesrésul-tatspermettentdeconstaterladéformationduvolcan.CesméthodessontdeplusenplussouventremplacéespardesmesuresavecunGPS (GlobalPositionSystem)différentiel (DGPS)quimesurelapositionparrapportàunestationderepèreàl’aided’unsignalémispar3satellites.N’étantpasoptique,cesystèmeal’avantaged’êtreopération-nelpartempsdebrouillard,deneige,depluieouencasdeventviolent.La surveillance satellitairepar radar (SAR=SyntheticApertureRadar)fournituneimage3Ddelatopographied’unvolcan.Deslogicielsper-mettentdecomparerlesimagesetdequantifierladéformationdusolpourchaqueendroitdel’édifice.
Pointstable
Pentedu volcanen sommeil
Pente duvolcan modifiéepar la montéedu magma
Séismes
Déplacement desrepères
35Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
5. surveillance par caméra
Lesscientifiquesserendentrégulièrementsurlesvolcansafindefairediverses observations et mesures scientifiques à l’aide d’instrumentssophistiqués.Cependant,lesyeuxrestentsouventunoutiltrèsefficace.Lesvolcano-logues peuvent déceler des indices qui témoignent d’un changementd’état:desmodificationsdelaquantitédevapeursortantdessolfatares,chutes de pierres, variations de la chaleur au sol, développement denouvellesfumerollesetdessourceschaudes.Cesinformationsbienquequalitatives, récoltées de façon régulière, sont importantes et complé-mentairesauxdonnéesquantitatives.Aujourd’hui, des caméras téléguidées permettent une observation endirectetencontinuetdispensentd’uneprésencehumainechaquejoursurunvolcan.Certainesdecescaméras,placéesdansdes lieux isolés,sontalimentéesparl’énergiesolaireetsontmêmecapablesdeprendredesphotoslesnuitsdepleinelune.Des satellites, munis de capteurs qui visualisent les anomalies ther-miquesproduitesparuneéruption,sontutilespourdétecteruneactivitédansdeszonesinhabitées.
6. surveillance sismique
L’étudedelasismicitéd’unvolcanrestelaprincipaleméthodepourpré-voiruneéruption.Lamontée dumagma fracture les roches, active les jeux de failles etgénèredesséismesdeplusenplussuperficiels,caractéristiquesetrela-tivementfaiblesqu’onappelletrémors.Leséruptionsvolcaniquessontannoncéespardesessaimsdeséismesdecetypequiontleursourceàproximitédusitedel’éruption.Enpratique,sixstationssismiquesouplussontdéposéessurlevolcan.Ilestimportantqu’ellesfonctionnentenpermanencepourconnaîtrele«bruitdefond»propreàchaquevolcanetmieuxdétecterunenouvellephased’activité.Leschutesdepierres,lesavalanchesetlestorrentsdeboue,égalementenregistrésparlessismomètres,sontaussidesindicateursd’activité.Quandlevolcanestenéruption,lessismomètrespermettentdecompterlenombred’explosionsetd’analyserleurfréquenceetleurintensité.>Vouspouvezobserverl’Etnasurunewebcamàl’adresse:http//www.ct.ingv.it
Caméradesurveillance,MontSaintHelens(photoS.Schilling,USGS)
Signalsismiqued’untremblementdeterreassociéàl’éruptionduvolcanRuapehu,Nouvelle-Zélande,25.9.2007
36 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
I Les roches volcaniques
1. rappel
Unerocheestunassemblagenatureldedifférentsminérauxquiapparais-sentsousformedeverre(obsidienne)oudecristaux.Lorsqu’ellecontientdessubstancesexploitables(desmétaux,parexemple),elleportelenomdeminerai.
Selonlamanièredontellesseforment,ondistingueplusieurstypesderoches:
A. Les roches magmatiques :ellesrésultentdelasolidificationparcris-tallisationd’unmagmaetsontsubdiviséesendeuxgroupes:lesrochesvolcaniquesetlesrochesplutoniques.• Lesroches volcaniques (basaltes,rhyolites)sontissuesdurefroidis-
sementrapidedumagma,lequelnepeutpastoujourssecristallisercomplètement.
• Lesroches plutoniques (gabbros, granites) sont issuesdu refroidis-sementlentdumagmaenprofondeur;decefait,lescristauxontletempsdeseformeretsontvisibles.
B. Les roches sédimentaires,contrairementauxrochesvolcaniques,sesonttoutesforméesàlasurfacedelaTerresurlesolouaufonddel’eau.Ondéterminetroisoriginesquipeuventsecombiner:détritique(résultatdel’érosionderochesexistantes),organogène(dépôtdematièresorga-niques)etchimique(précipitation).
Ondistingueainsi:• Lesrochesdétritiques,commelesconglomérats,grès,marnes.Elles
résultentdel’accumulationdedébrisderochespréexistantes.• Lesrochesorganogènes,commelecalcaireoulecharbon.Ellesrésul-
tentdel’accumulationderestesd’origineanimaleouvégétale.• Les roches évaporitiques, sel et gypse principalement. Elles sont
issues de l’évaporationde l’eaudemer oude l’eaudouce. Les selsminérauxauparavantdissoussedéposentencouchessuccessives.
C. Les roches métamorphiques résultent de la transformation d’unerochepréexistantesousl’effetdelachaleuretdelapression.Exemples:legranitedonneungneiss,lebasalteuneamphibolite,lecal-caireunmarbre.
Le saViez-Vous ?
Les roches volcaniques se
caractérisent par une matrice
vitreuse ou à grain fin résul-
tant d’un refroidissement
rapide.
Les grands cristaux que
comportent certaines roches
volcaniques se sont for-
més dans le magma, avant
l’éruption.
La roche volcanique la plus
abondante sur terre est le
basalte (95 % des laves conti-
nentales et océaniques).
37Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
2. Les roches volcaniques
Lemagma, de la roche en fusion, est unmélange de liquide, de cris-tauxetdegazdissout.Selonlateneurengaz,latempérature,lavisco-sitéetlavitessederefroidissement,lemagmadonneranaissanceàdesrochestrèsdifférentes.
Ilyadeuxgrandsgroupesderochesvolcaniques:• lesbasaltes,issusdesvolcanseffusifs• lesrhyolites,issuesdesvolcansexplosifs.
Lebasalteestunerochemagmatiquefoncéeetdense,pauvreensilice.Cetterocheestcomposéeessentiellementdecristauxdepyroxène,d’oli-vine et de feldspaths noyés dans une pâtemicrocristalline (microcris-taux de pyroxène, d’olivine et de feldspaths avec un verre volcaniqueinterstitiel).Cetterochedérivedurefroidissementd’unmagmafluide,peuvisqueux.
Larhyolite estunerochemagmatiquede teinteclaire, richeensilice.Cette roche est composée essentiellement de cristaux de quartz et defeldspathsnoyésdansunverrevolcanique.Cetterochedérivedurefroi-dissementrapided’unmagmatrèsvisqueux.
Entre le basalte et la rhyolite, il existe un cortège de roches intermé-diaires,commeparexemplel’andésite, la trachyte.
AndésiteScorie,Islande
BasaltetholéiitiqueLavecordée,Hawaii
PierreponceRhyolitealcaline,Kenya
38 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
3. Les formes des laves (basaltes) des volcans effusifs
Bombes en fuseau et « en bouse de vache » :Cespaquetsdelavesprennentuneformeaérodynamique(fuseau)pen-dantleuréjectionouuneformeaplatiependantl’impactsurlesol(bousedevache).
Fragments de colonnes d’orgues de basalte :Lerefroidissementdelarocheprovoqueunecontractiondelalave,créantdespolygonesquisepropagentàl’intérieurdelalave.Lescolonnesbasal-tiquessedéveloppentperpendiculairementaucontactdelarochefroideoudel’air.
Scories :Unescorie,deformetrèsvariable,correspondàunmorceaudemagmaquiestprojeté lorsd’explosionsvolcaniques.Lescônesdescoriessontessentiellementconstituésdecematériel.
Lavatite, lavamite :Leslavatites(plafond)etleslavamites(sol)sontleséquivalentsdesstalag-titesetstalagmitesdanslesgrottescalcaires.Leslavatitessontforméespardesgouttelettesdelavequisuintentdesparoisencoursderefroidissement.Despetitesgouttelettesde lavequitombentsur lesolcréentdes lava-mitesparaccumulationssuccessives.
« Lava trees » :Quandunecouléedelaves’épanchesuruneforêt,ellerecouvrelabasedestroncsdesarbresetenflammebranchesetfeuillage.Lestroncs,danslacoulée,sedéshydratentetsetransformentencharbondebois.Lalave,aucontactdusoletdestroncshumidesetfroidssesolidifiesurquelquescentimètresd’épaisseuretainsilestroncsd’arbre(ducharbondebois)seretrouvententourésd’unmanchondebasaltesolidifié.Lerestedelacoulée,chaudetfluide,continueàavancer.Ensuite,lacouléefaiblitetdiminued’épaisseur, cequidécouvre les fantômesd’arbreencharbondeboisentourésdeleurmanchonbasaltique.Puislalavesesolidifie,lecharbondeboiscentraldisparaît,etilnesubsisteplusquedescolonnescreuses,les«lavatrees».
Cheveux de Pelé :LescheveuxdePelésontdesfilamentsdelaveétirésetrefroidisdansl’airpendantleuréjection.
Larmes de Pelé :LeslarmesdePeléseformentlorsquedesgouttelettesdelavefluidesontéjectéesducratèreetprennentuneformeaérodynamique.
Bombe«bousedevache»,Islande
Colonned’orgue,fragmentBasalte,Vivarais,France
39Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Lavatite/lavamiteBasalte,18:Hawaii,19:PitondelaFournaise
LavatreeBasalte,Hawaii
CheveuxdePeléBasalte,Hawaii
LarmesdePeléBasalte,PitondelaFournaise
40 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
4. Les formes de laves (rhyolites) des volcans explosifs
Bombes en croûte de pain et scories :Lesbombesencroûtedepainsontdesfragmentsdelavequisefractu-rentàleursurfacependantleuréjectionetleurrefroidissement.Lecœurdelabombeesttrèsdenseetrestechaudlongtemps.Lacouleurparfoisrougeprésentedanslesscoriesestdueàl’oxydationdufercontenudanslalave.
Obsidienne et pierre ponce (taux de gaz libéré ou non).Dupointdevuechimique,l’obsidienneetlapierreponceseformentàpartirdumêmemagmarhyolitique,trèsricheensilice.L’obsidienneestunverrerhylolitique,souventdecouleurnoirbrillant,aux bords tranchants. Elle dérive du refroidissement très rapide d’unmagmaparticulièrementvisqueux,richeenélémentsvolatiles.Lalavearefroiditroprapidementpourquelesminérauxaientpucristalliseretlesgazrestentdissousdansleverre.Lapierreponceestunemoussedelave(«écumedelave»)quiseformedans le conduit magmatique lorsque la proportion de gaz forme desbulles(ouvésicules)danslemagma,donnantainsiunaspectporeux.Uneobsidiennecomporteenviron5%devésicules(bullesdegaz)contrai-rementàunepierreponcequipeutencomporterde70à85%,ayantunedensitéinférieureàladensitédel’eau.Certainespierresponcepeuventainsiflottersurl’eau.
Dépôts pyroclastiques d’ignimbrites :Les ignimbrites (littéralement «pluiede feu»), sontdes roches compo-séesdepierresponcesoudescoriesdansunematricedecendres.Ellessontémisesbrutalementpardescouléespyroclastiques,provoquéesparl’effondrementdedômesoudecolonneséruptives,etparlaformationdecaldeiras.Lorsquelatempératuredecesdépôtsatteint500-650°C,ilspeuventsesouderàchaud,lesfragmentsdelavevitrifiésétantétirésetmontrantunaspectdeflammèches(«fiamme»).
Soufre :Ceminéral sedépose autourdes fumerollespar condensationdes gazvolcaniqueschargésensoufre.Desdépôtsdesoufre(solfatares)seformentfréquemmentpendantunephased’activitéréduited’unvolcanexplosif.
Le saViez-Vous ?
Le soufre n’est pas une roche,
mais un minéral. Les cristaux
de soufre se développent
souvent près des volcans en
repos. Celui-ci s’échappe des
cheminées volcaniques sous
forme de gaz brûlant. Une
fois remonté à la surface, le
gaz se refroidit et se solidifie
en de magnifiques cristaux.
Le soufre est généralement
de couleur jaune ; il devient
cependant rouge lorsque la
température dépasse 120°.
41Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Dépôtspyroclastiquesd’ignimbrites24,25:Trachyte,Naples,Italie26:Andésite,Montserrat
BombeencroûtedepainTrachyte,Italie
Soufre,Indonésie
14:Obsidienne,Rhyolite,Islande15:Pierreponce,Rhyolite,Lipuri,Italie
(photosPh.Wagneur)
42 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Outils pour l’enseignant
Livres
Adams,Simon,Les volcans,EditionsNathan2008(coll.Monpetitmonde6/9ans).
Bardintzeff, Jacques-Marie, L’ABCdaire des volcans, Editions Flammarion2001.
Bourseiller, Philippe, Les volcans racontés aux enfants, Editions de laMartinièrejeunesse2002.
Collectif,Volcans,Géohorssérie,octobre2000,Collectif,Volcans. Le mystère est au centre de la terre,Sciencerevue,hors-série
N°7,juin2002.Collectif(sousladirectiondeJeanHébrard),Les savoirs de l’écoleCE2/CM1/
CM2, cycle 3, Sciences et technologies,EditionsNathanéducation2002,pp.114-119etpp.153-158.
Collectif,Quand la Terre se fâche : volcans, séismes, tsunamis, Science&VieJunior,Hors-série,N°74,octobre2008.
Collectif,La Terre à cœur ouvert,DossierpourlaScience,N°67,avril-juin2010.
Collectif(Gnoss,Edwin;Malant,Séverine;Metzger,Jacques;Pellegrini,Béatrice),Supervolcan,Genève2010.
Fauchet,Françoise,Volcans et tremblements de terre,EditionsNathan1998.Krafft,MauriceetKatia, Guide des volcans d’Europe et des Canaries,Editions
DelachauxetNiestlé1999.Nehlig,Pierre,Qu’y a-t-il sous les volcans ?,EditionsLePommier2006.Pelloté,Marc,A la découverte des volcans,EditionsFlammarionPèreCastor
2003.Tanguy,Jean-Claude,Les Volcans,EditionsJ.-P.Gisserot2008.
sites internet
h t t p : / /www. c r dp . a c - g r enob l e . f r / d e f i _ php / d o s s i e r _ p ed a .php?defi=2001_2002_3
Pistesdetravailàproposdesvolcans:http://www.kasciope.org/Des-VOLCANS-et-des-PLAQUES Dossierpédagogiqueàtélécharger:Des volcans et des plaques2008http://earth-of-fire.over-blog.com Unpeud’actualitéhttp://www.dijon.iufm.fr/spip.php?article435 Séismes, éruptions volcaniques, intérieur de la Terre : conceptions d’élèves de 8 à
10 ans,Jean-CharlesAllain,IUFMdeBourgogne1995.
DOSSIER
PEDAGOGIQUE
Des VOLCANSet
des PLAQUES
Volcans, tectonique des plaques,tremblements de terre, prévention . . .
43Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
http://www3.ac-clermont.fr/pedago/svt/vulcania/f3lavesroches.pdf Deslavesauxrochesvolcaniques.Fichedel’enseignant.http://www.les-coccinelles.fr/lecieletlaterre.html Levolcanisme,fichespourlesélèves.http://www.volcan.chhttp://www.vulcania.com/http://www.curiosphere.tv/ressource/1710-les-volcans(quiz)http://dominique.decobecq.perso.neuf.fr/http://volcanisme.explosif.free.fr/generalites.htmhttp://klouky.free.fr/Histoire/les_volcans/volcans.htm
Filmographie
1995:Géo,Volcans !MauriceetKatiaKrafft,Artevideo1995(91’).2001:C’estpassorcier,Les phénomènes géologiques (Les volcans, l’Etna),Fred,
JamyetSabine;productionFR3,2001(2X26’).2006:Superscience:Les éruptions volcaniques,SimonLudgate;production
France5,2006 (50’)2007: C’est pas sorcier,Volcans, séismes et tout le tremblement (L’Auvergne,
les séismes, l’Islande, la Réunion),Fred,JamyetSabine;productionFR3,2007(105’pourles4films;26’parfilm).
2007:Terrevivante,La lave et le feu,EleanorGrant;productionFR3,2007(50’)
2009:Çam’intéresse,vol.4,Les volcans. L’anneau de feu du Pacifique : les vol-cans de l’enfer,OnePlusOne2009(42’).
2010:LesgrandeséruptionsdupitondelaFournaise,vol.VIII:Au cœur de la Fournaise,AlainGerente(68’).
(photoPh.Wagneur)
44 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Annexe 1 : L’Eyjafjöll, chronique d’une éruption
Malgré de nombreuses éruptions volcaniques chaque année partoutautourduglobe,celleduvolcanEyjafjöll(connuaussisouslenomtoutaussiimprononçable d’Eyjafjalla)neserapasrestéeanonymeetaurafaitparléd’elleàl’échelleplanétaire!Chacundenousaétéconcernédeprèsoudeloinparlesconséquencesdunuagedecendresengendréparcetteéruption,quiaparailleursparalysélecielinternationalenavril2010:passagers bloqués dans les aéroports dumonde entier, acheminementdifférédedenréesvers l’Europe.De lourdesperteséconomiquesdonc,maissil’onacceptederegarderleschosesd’unœilplusromantique,noscielssesontaussiornésdecouchersdesoleilauxcouleursflamboyantes.
Pourtant, cet événement aux répercussions retentissantes ne marquepasledébutdel’activitéduvolcanislandais.LevolcanEyjafjöll,avantde devenir une «star» médiatique, s’était déjà manifesté à plusieursreprises.Notammenten920,1612etde1821à1823,sonéruptionavaitété suivie du réveil du Katla, un volcan voisin nettement plus dange-reux,dontlapuissanceetlesrisquesredoutéssontindéniablementplusgrandsqueceuxdel’Eyjafjöll.
Cette constatation historique fait craindre à certains volcanologuesqu’une connexion souterraine entre les deux volcans existe, bien queleKatlasoitentréplusieursfoisenéruptionaufildessiècles,sansliendirectavec l’Eyjafjöll.Celareste toutefoisunesupposition,carmalgrélesénormesprogrèsscientifiquesettechnologiques,lastructureinternedes volcansn’est pas connue avec précision.Comme il est difficile devraimentprévoirunéventuelréveilduKatlaenlienavecl’éruptiondel’Eyjafjöll,lesvolcanologueslesurveillentavecencoreplusd’attentionqu’entempsnormaletréfléchissentàlameilleuremanièrederéagirencasd’éruptiondece«géant».
Signes avant-coureurs
Avant de créer le chaos enEurope, le volcanEyjafjöll avait déjà com-mencéàsemanifesterdepuisdenombreusesannées.En1992,desvolca-nologuesconstatentquelevolcans’estréveillé.L’activitédel’Eyjafjöllnefaitquecroîtrejusqu’en2009,momentoùunedenseactivitésismique,signeque lemagmas’approchede la surfacede la terre, commenceàêtreenregistrée.Alafindecettemêmeannée,lesspécialistesmesurentégalementdesgonflementsduvolcan.Touslessymptômesd’unecolèreimminentedel’Eyjafjöllsontprésents!Le20mars2010à23h50,ilentrefinalementenéruption,etdeuxphasesbiendistinctesvontsesuccéder.
45Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Première phase de l’éruption (effusive)
Lorsquel’Eyjafjöllentreenéruptionle20mars,lalavesefrayeunpre-mierchemindesortieàl’estdel’axeduvolcan.Lespersonneshabitantaupiedduvolcansontalorsévacuéesdemanièrepréventive,etlescou-léesdelavenefontaucunevictime.
EruptionduEyjafjallajökull(d’aprèsPálEinarsson)
Unesemaineplustard,unesecondefissurecrachantaussidesfontainesdelaveestconstatéequelquescentainesdemètresplusloinetlesvolca-nologues,enpremierlieusoulagésdeconstaterquecespointsdesortieontdesconséquencesmoindres,craignentdéjàquelalaveneperceunautrepointdesortiesousleglacierEyjafjölljökull,aveclesconséquencesquel’onconnaîtaujourd’hui.Apartirdu12avril,l’Eyjafjölltraverseunepérioded’accalmierelative,quiprécèdeunephasetoutàfaitdifférentequiconfirmeralescraintesdesspécialistes.Lesautoritésislandaises,aucourantdesrisquesencourusquandunvolcanseréveilleetladifficultédeprévoirsonévolution,ontdûfaireface,dèslespremierssignesd’érup-tion,auflotdetouristesvenusobserverl’activitédel’Eyjafjöll.Desspec-tateurs inconscients, sans équipement ni connaissance préalable, ontcontournélesdispositifsdebarragesmisenplacepourserendreauplusprèsdel’activitévolcanique.
46 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Deuxième phase de l’éruption (explosive)
Aprèscettebrèvephasederepos,l’activitéduvolcansedéplacealorssousleglacierEyjafjölljökulletdèsle14avril,lalavecommenceàpercersousunecouchedeglacedeplusde200md’épaisseur.Cetterencontreentrela laveplus visqueuse et la glace, avecunedifférencede températuredeplusde1000°C,provoqueuneréactiontrèsexplosive,uneéruption«phréato-magmatique».Lalavesefragmentefinementdansl’explosionetunpanachedecendress’élèveà10kmd’altitude.Desphénomènesspectaculairesontaussiétéobservésaumilieudutourbillondecendres.Ils’agitd’éclairsvolcaniquesimpressionnantsquiseformentparcequelesparticulesémisesparlevolcansontélectriquementchargées.Al’in-térieurdunuageforméparlescendres,ellessedéchargent,entraînantainsilaformationd’éclairssemblablesàceuxquel’onpeutobserverlorsd’unorage.
L’éruptiondel’Eyjafjöllàcetendroit,souslaglace,hormislefaitdecréerunnuagedecendreslorsducontactentrelalaveetlaglace,aeud’autresrépercussionsmoinsconnueshorsdel’Islande.Lafontedesglacesengen-drée par la chaleur de la lave a provoqué des «lahars», des quantitésd’eauetdecendresjaillissantàgrandevitessedelacalotteglaciaireduvolcansituéeà1666md’altitudeetcesflotsdeboueont,entreautres,déclenchélacruedelarivièreMarkarfljot,risquantd’emporterroutesetmaisonssurleurpassage.DenombreuxIslandaisontalorsétéévacuéspouréchapperauxinondations.
Conséquences du nuage de cendres
Enplusdesconséquencespourlebétail,lesterresetleshabitantsdusolislandais,lescendresdel’Eyjafjöll,transportéesparlescourantsaériens,ontseméunventdepaniquedanslemondedel’aviation.Lesautoritéscompétentesetlescompagniesaériennesontpréféréfairestoppertouttraficaérienpendantplusieursjours,carlenuagedecendresvolcaniquesplanantau-dessusdel’Europelesinquiétaitàjustetitre.Deparlepassé,plusieursexemplesontprouvéquelesavionsetlescendresnefaisaientpasbonménage,mêmesionneconnaîtpasencoreà l’heureactuellelataille,lacompositionouladensitédescendresquipourraients’avé-rer réellementdangereuses lorsd’un trajetaérien.Ledangervientdufaitquelescendrescontenuesdanslenuageabîmentl’avionàplusieursendroits.Ellesprovoquentuneérosiondupare-briseetdesailes,maissurtout elles peuvent entraîner un endommagement desmoteurs: lesparticuless’engouffrententreautredansleréacteuretpeuventfondreetformerunepelliculedeverre,provoquantl’arrêtpartieloucompletd’unouplusieursmoteursdel’avion.(photoM.Fulle)
47Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Le24mai2010,deuxmoisaprèslapremièreéruptiondel’Eyjafjöll,lesvolcanologuesislandaisontannoncélafindeladeuxièmephaseéruptiveduvolcan,lemagmaneremontantplusjusqu’àlasurfacedelaTerreetlescartesducielétantrevenuesàlanormale.Ilsmodèrentcependantleurspropos,carqui saitquelles surprisesnousréserventencore l’Ey-jafjölletsonimposantvoisinleKatla!
(photoM.Fulle)
48 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Annexe 2 : Pour réaliser un volcan
Pour réaliser une maquette de volcan, il faut :• unebouteilleenplastique• un bout de tuyau d’arrosage d’environ 50 cm pour la cheminée
principale• un socle en bois qui sera placé horizontalement et représentera la
baseduvolcan• unpetitboutdetuyaurigideenPVCpourfixerlabouteilleetletuyau
d’arrosageausocleenbois• desplanchesenboispourlecôneduvolcan.
Marcheàsuivre:• couperlabouteilleendeux• surleculotdelabouteille,collerletuyaud’arrosage• faireuntrousurletuyauenPVCetyintroduireletuyaud’arrosage• collerletuyaurigidesurlabouteilleenfixantletoutsurlesocleen
bois• disposerlesplanchesdefaçonàformerlecônevolcanique.Levolcanestpresqueprêt.Ilfautencorelepeindreenvertetcollerdesarbresminiatures.Pourmodéliseruneanciennecouléedelave,fairecou-lerdelacollesurlesparois,lalaissersécheretlapeindreennoir.
Poursimulerl’éruptionvolcanique:• mettredel’eauetduketchupdanslabouteilleenplastique• ajouterunpeudevinaigreetdubicarbonate:uneréactionchimique
seproduit,provoquantuneffetbouillonnant• pourdémarrerl’éruption,placerdespastilleseffervescentesdansle
tuyaud’arrosage,etbienlefermer:unedeuxièmeréactionseproduitetprovoquelamontéedumagma.
Autrepropositionsur:http://www.cscapitale.qc.ca/val-joli/2003-2004/anne/iles/volcans.htm
49Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Fabriquer un volcan avec de la pâte à modeler, du bicarbonate de soude, du savon à vaisselle et du vinaigre :• 500gdefarineblanche• 250gdesel• 50gdebicarbonatedesoude• 200mld’eau• 100mldevinaigre• 30mld’huilevégétale• 30mldesavonàbulles(oudedétergentàvaisselletransparent)• colorantsalimentairesrougeetvert• 1grandbol• 1tasseàmesurer• 1cuilleràsoupe• 1verretransparent• 1grandplat(ouplateau)• 1bouteille(plastiqueouverre)videde250à330ml• 1entonnoir
1. Verser500gdefarine,250gdeselet2cuilleréesàsouped’huilevégé-taledanslebol.Mélangerletoutaveclacuiller.
2. Verser150mld’eaudansleverre.Ajouter5gouttesdecolorantrougeet5gouttesdecolorantvert.Verserletoutdanslebol.
3. Avec les mains, mélanger les ingrédients jusqu’à ce que la pâte àmodelernesoitpluscollante(environ2minutes).Silapâtedemeuretrèscollante,ajouterunpeudefarine.
4. Poserlabouteillesurleplateau.Al’aidedelapâteàmodeler,fabri-querunvolcantoutautour.
Seullegoulotdoitdépasser.Peindreéventuellementlevolcanavecdelagouache.Auparavant,laissersécherlapâtependantunenuit.
Provoquer une éruption volcanique !Dansun verre,mélanger 50ml d’eau tiède et 50 g de bicarbonate desoude.Ajouter trois gouttes de colorant rouge, puis 30mlde savon àbulles.Al’aidedel’entonnoir,verserlemélangedanslevolcan.
Rincer l’entonnoirpuisajouterdoucement100mldevinaigredans lecratère.Refairel’expérienceenremplaçantleliquideàbullespar30mldegrenadine.Onjureraitdelalave!Levinaigreréagitaveclebicarbonatedesoudepourformerdugazcarbo-nique.Lorsquelegazoccupetoutl’espacedisponibledanslabouteille,lapressionaugmenteetlegazentraîneleliquidecoloréhorsdelabouteille.
50 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Annexe 3 : Questionnaire
Comments’appellelespécialistedesvolcans?(le volcanologue)
Quelestlenomdelacouchedécoupéeenplaquesmobilescomprenantlacroûteetunepartiedumanteausupérieur?(la lithosphère)
Comment s’appelle le réservoir souterrain dans lequel séjourne lemagma?(la chambre magmatique)
Comments’appelleleconduitqu’empruntelalavepoursortirduvolcan?(la cheminée)
Récapitulation:quellessontlestroispartiesconstitutivesd’unvolcan?(la chambre magmatique, la cheminée et le cratère)
Quelledifférenceya-t-ilentremagmaetlave?(le magma est une roche fondue à l’intérieur de la Terre ; la lave est un magma qui a atteint la surface).
Quellessontlesdeuxsortesprincipalesdelaves?(les fluides et les visqueuses)
L’éruptionvolcaniqueest…(une montée de roches fondues en surface)
Comme s’appelle la grande dépression circulaire créée par l’effondre-mentdusommetduvolcan?(la caldeira)
Qu’est-cequ’unefumerolle?(une sortie de gaz d’un volcan)
Untsunamiestunecouléedeboue:vraioufaux?(faux : c’est un raz-de-marée ; une coulée de boue est un lahar)
Qu’est-cequ’unecouléepyroclastique ounuéeardente?(une avalanche dense de gaz brûlants, de cendres chaudes et de blocs qui roulent le long des pentes d’un volcan en éruption).
Etna(photoC.Schnyder)
51Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Unvolcanquin’aplusd’éruptionestunvolcanéteint:vraioufaux?(faux : un volcan est toujours actif, même s’il n’a pas d’éruption, à moins que son repos se prolonge au-delà de 10’000 ans).
Combienya-t-ildevolcansactifssurterre?(1500 environ)
Quelssontlesdeuxgrandsgroupesdevolcanssurterre?(les volcans rouges, aux éruptions relativement calmes ; les volcans gris, explosifs).
Les zones de subduction sont les frontières le long desquelles deuxplaquess’écartent(vraioufaux?)(faux : ce sont les zones où deux plaques se rencontrent, l’une plongeant sous l’autre).
Combiendegrandesplaquesl’écorceterrestrecomporte-t-elle?(il y a 8 grandes plaques lithosphériques : l’eurasienne, l’africaine, la nord-améri-caine, la sud-américaine, la nazca, la pacifique, l’australienne et l’antarctique).
Surquelledorsaleocéaniquel’Islandesetrouve-t-elle?(la dorsale médio-Atlantique)
Autourdequelocéansetrouvelaceinturedefeu?(le Pacifique)
Lesvolcanshawaïenssontdesvolcansdepointchaud:vraioufaux?(vrai)
Quelestlevolcand’Europe leplusexplosifpotentiellement?(le Vésuve)
Commentappelle-t-onlasourced’énergiefournieparlesvolcans?(la géothermie)
Aquoisertunsismomètre?(à mesurer les secousses sismiques).
Guatemala(photoC.Charvet)
52 Muséum de Genève – Dossier pédagogiques : Supervolcan
Auteurs du dossier
Mise en page
Maquette
Illustrations
Conseillers scientifiques
Impression
Edwin Gnos, Daniel Thurre
Corinne Charvet
Florence Marteau
Javier Fortea, Dominique Frascarolo, Florence Marteau, Jacques Metzger,
Danielle Decrouez, Christiane Kurth, Pierre-Alain Proz, Cédric Schnyder
Centrale Municipale d’Achat et d’Impressionde la Ville de Genève (CMAI)
Quelquefoisl’accèsauxzonesactivesd’uncratèredevolcannécessitedestechniquesd’escaladepouratteindrelazoned’échantillonnageauplusprèsd’unlacdelave,parexemple,enEthiopiesurlevolcandel’ErtaAlé.(photoM.Cai)
route de malagnou 1 - 1208 genève tél: +41 (0)22 418 63 00Fax: +41 (0)22 418 63 01www.ville-ge.ch/mhng
du mardi au dimanche de 10h à 17h – accès Facilité pour les personnes handicapéescaFétéria-boutique-bibliothèque
bus : 1-8, arrêts tranchées et muséumou 20-27, arrêt muséumtram : 12-16-17, arrêt villereuseparking : villereuse