🌋 Volcans : types, risques et conséquences

Près de 1 500 volcans (voir la carte) considérés comme actifs (au moins une éruption au cours des 10 000 ans) parsèment la Terre. Mais, chaque jour, seulement une quarantaine sont effectivement en éruption et une douzaine en éruption permanente.

Seulement 30 % des volcans actifs sont bien domcumentés. Cela est dû à la difficulté d’observer leur « carburant », le fameux magma, qui est riche en informations. Cette roche en fusion est d’abord générée à une profondeur de 60 à 150 kilomètres dans le manteau terrestre, alors que les forages humains les plus profonds atteignent généralement une profondeur d’environ dix kilomètres, ce qui empêche toute observation directe.
Ce manque de données est préjudiciable pour le risque volcanique puisque plus de 800 millions de personnes vivent à proximité de volcans actifs. Ainsi, dans de nombreuses régions, il n’existe aucune évaluation du risque et donc aucune mesure de protection, comme par exemple le périmètre d’évacuation à mettre en place en cas de suspicion d’éruption.

Les grands types de volcans

Les volcans ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe, mais leur localisation est intimement liée à la tectonique des plaques.
Il existe trois grands types de volcans :

Les volcans des chaînes de subduction

• continentale : ceinture de feu du Pacifique ;
• océanique : arcs insulaires (Indonésie, Caraïbes, arc Tyrrhénien en Italie et arc Egéen en Grèce avec le Santorin).

Les volcans de rift

• dorsales médio-océaniques (dorsale médio-Atlantique qui émerge en Islande ou à Ste Hélène) ;
• rifts continentaux (africain).

Les volcans des points chauds

Ce sont des voclans isolés : Réunion, Hawaii, Polynésie, Erebus…

A la différence des zones de subduction caractérisées par un volcanisme explosif donnant des volcans « gris », les dorsales et les points chauds sont responsables d’un volcanisme avant tout effusif. Les risques en seront d’autant plus importants dans le premier cas.

L’indice d’explosivité volcanique

L’indice d’explosivité volcanique (Volcanic Explosivity Index – VEI), fut inventée par Chris Newhall de l’United States Geological Survey et Steve Self de l’université d’Hawaii en 1982 pour établir une mesure relative de l’explosivité des éruptions volcaniques.

Pour ce faire, l’indice d’explosivité volcaniquel prend en compte le volume des matériaux éjectés, la hauteur du nuage d’éruption, et les observations qualitatives (en utilisant des expressions allant de « modéré » à « colossal »)

Les menaces prévisibles et peu dangereuses : l’activité effusive

Ces menaces sont principalement liées aux coulées de lave basaltique, les plus fluides, qui représentent aussi 90 % de l’activité effusive.

Leur dynamique doit être étudiée dans un premier temps afin d’être en mesure d’évaluer les risques potentiels et leurs moyens de prévention.

Les laves basaltiques sont produites dans deux types de situations structurales :

Les coulées issues d’éruptions fissurales

Ces éruptions se traduisent par des épanchements de lave le long de fissures et donnent des basaltes de plateau. Elles couvrent de vastes étendues, à la surface de la terre, et sont responsables de la topographie d’immenses trapps. La superposition de ces nappes génère de gigantesques marches d’escalier après l’action de l’érosion.

Ces plateaux sont sans doute le résultat du refroidissement pendant des dizaines d’années d’immenses lacs de lave très fluide de type pahoehoe issue de longues fissures faisant jaillir des fontaines de lave (les volumes émis sont énormes : 1200 km3 pour la trapp de la Columbia).

En général, les volumes des éruptions historiques sont beaucoup plus réduits : par exemple, une dizaine de km3 pour les éruptions fissurales du Laki (1783, sur une distance de 40 km, historiquement la plus longue) et de l’Eldja (10e siècle).

Les coulées issues d’éruptions ponctuelles

Ces coulées de lave sortent d’un ou plusieurs évènements ponctuels (cratères). Elles sont beaucoup plus fréquentes, avec trois types de localisation :

• sur les volcans situés sur des points chauds, exemples :
  
  – Mauna Loa 1984, les coulées produisent surtout des laves fluides (pahoehoe) avec des vitesses allant jusqu’à 64 km/h (1855). En général, les vitesses d’écoulement sont de 30 à 40 km/h sur des pentes très faibles
  
  – Kilauea : les coulées sont souvent issues de cônes radiaux (qui ne sont donc pas au sommet) ;
• sur des volcans situés sur un rift (comme le Nyiragongo, qui a eu un lac de lave dans son cratère pendant des années). Les éruptions sont un peu moins fréquentes (récurrence : une dizaine d’années) ;
• sur des volcans situés dans des zones de subduction, phénomène plus rare. C’est le cas de l’Etna en 1986, avec des basaltes riches en silice, d’où des laves plus visqueuses (type aa) et une activité de type plus strombolienne (petite activité explosive). Les éruptions y sont aussi très fréquentes (tous les 5 ans en moyenne pour l’Etna).

Evaluation des risques des coulées de lave

Dans l’Histoire, les coulées de lave ont causé beaucoup de pertes matérielles, entraînant toutefois peu de pertes humaines. Ainsi, elles ne représentant que 0,4 % des décès dûs aux éruptions volcaniques de 1600 à 1900 (ce qui représente un peu plus de 1 000 personnes), et 0,3 % au XXe siècle (285 personnes). Ces risques se traduisent par des accidents isolés, mais fréquents.

Risques rencontrés :

• les plus fréquents sont sans doute le cas de touristes passant à travers une coulée qui n’est refroidie qu’en surface (comme à Hawaii) ;
• dans la même situation que précédement, les personnes inconscientes suffoquent jusqu’à la mort par manque d’oxygène ;
• certains se sont fait encercler par 2 coulées qui se sont rejointes (même avec de faibles vitesses) ;
• le danger est plus important quand une coulée traverse une zone humide car il existe des explosions phréatiques liées au contact entre la lave et l’eau ;
• le danger augmente grandement quand la vitesse des coulées est très rapide. Par exemple, la coulée du Vésuve en 1631 avec une vitesse de 8 km/h jusqu’à la mer a tué 3 000 personnes sur son passage ! ;
• le plus grand danger provient de la vidange brutale d’un lac de lave qui implique des volumes importants et une vitesse rapide (ex : Hawaii, Nyiragongo 1977) ;

Les risques de pertes matérielles sont au contraire considérables pour 2 raisons :

• la fréquence des coulées et la difficulté de les stopper. Par exemple, les coulées de type aa de 1906 du Vésuve avançaient doucement à l’instar d’un buldozzer et rasaient tout sur leur passage (plusieurs villages ont été ainsi rayés de la carte). Idem à l’Etna : Catane rasée en 1669 ;
• la grande densité des constructions dans les zones menacées : Etna, Vésuve. Plus de 500 millions de personnes vivent sur les flancs d’un volcan dans le monde !

La prévention des risques de coulées de lave

Les coulées de laves constituent l’une des rares menaces volcaniques contre lesquelles on peut lutter par des interventions techniques. Trois moyens sont utilisés jusqu’ici.

Le bombardement des coulées

Le bombardement aérien au-dessus d’un tunnel de lave pahoehoe a deux effets :

• l’écroulement de la voute du tunnel crée un barrage pour la lave qui déborde alors à l’endroit de l’impact
• l’explosion enrichit la coulée en gaz et peut la transformer d’une lave pahoehoe en type aa.

Le détournement des coulées par des digues artificielles

Ce fût expérimenté pour première fois à l’Etna en 1669 : pour protéger Catane, ses habitants ont réussi a dévier la coulée vers la ville voisine de Paterno dont les habitants mécontents menacèrent alors d’attaquer Catane. Finalement, le chenal artificiel fut rebouché…

Cette technique est très utilisée à Hawaii et sur l’Etna et a parfois porté ses fruits, mais elle n’est valable qu’avec des conditions topographiques favorables

L’arrosage des coulées

Cela reste un procédé artisanal, mais pouvant être efficace avec beaucoup de moyens.

Cette parade fût utilisée pour la première fois au Kilauea en 1960 par chef d’une garnison de pompiers qui, en gagnant quelques heures a sauver des biens dans des maisons condamnées. La technique fût reprise avec succès à une autre échelle en Islande en 1973 sur l’île d’Heimaey : 900 litres par seconde furent projetés afin de protéger le port de la ville d’un embrasement certain.

Cependant, toutes ces techniques auraient peu d’effet sur une éruption fissurale.

Les menaces prévisibles et peu dangereuses : les éruptions explosives verticales

Les risques associés aux retombées sont relativement faibles car dans plupart des cas, les populations ont le temps de s’enfuir.
Les retombées considérées sont issues d’éruptions explosives verticales dont la genèse est très variée.

On distingue plusieurs types d’éruptions explosives en fonction du ratio eau/magma présent dans l’éruption :

Les éruptions magmatiques

Elles sont liées à de fortes teneurs en gaz dans le magma. Ce type d’éruption présente différents styles ou régimes.

Eruptions stromboliennes

Cas du Stromboli : elles sont peu dangereuses car ces éruptions produisent peu de téphra, et seulement dans un rayon de quelques centaines de mètres ou quelques kilomètres du cratère. Il y a des éruptions intermitentes de lave à intervalle régulier (quelques dizaines de minutes). Enfin le panache atteint quelques centaines de mètres.

Eruptions vulcaniennes

Cas du Semeru (Java – Indonésie) : les éruptions y sont dangereuses car brèves (explosions), de quelques secondes à quelques minutes avec une intensité qui peut être importante. Ces éruptions peuvent précéder une phase plinienne (cas du Mont Saint Helens – USA en 1980), dans un style transitoire ou se répéter régulièrement lors d’une crise éruptive pendant des jours, des mois ou des années (Sakurajima, Semeru). Dans ce dernier cas se rapprochent des éruptions stromboliennes.

Eruptions pliniennes

Les éruptions pliniennes sont les plus dangereuses. Elles sont continues pendant quelques heures ou jours, formant des colonnes éruptives de plusieurs dizaines de km de haut.

Cas de Mazama (Crater lake) : 7000 ans à la fin d’une érupt plinienne, le sommet du volcan s’effondre souvent car la cheminée a évacué ses gaz. Ceci conduit à la formation d’une caldera dont la taille varie entre 2 et 13 km de diamètre de forme généralement circulaire. Exemples du Santorin dans l’Antiquité et du Krakatoa (Indonésie) en 1883.

L’activité explosive liée à l’interaction eau-magma

Le lac Pavin : un maar de 5800 ans
© C. Magdelaine / notre-planete.info

La présence d’eau dans le sous-sol (avec les nappes phréatiques) ou en surface (lacs) donne lieu à des perturbations de l’activité volcanique, générant 2 nouveaux types d’éruptions :

Les éruptions hydromagmatiques

Ces éruptions résultent de l’interaction explosive entre un magma ascendant et les eaux superficielles.

Dans le cas d’un hydromagmatisme subaérien (à l’air libre), les éruptions sont appelées phréatomagmatiques.

Les éruptions violentes créent de larges cheminées en forme d’entonnoir, les diatrêmes, surmontés par un grand cratère appelé maar (Taal 1965, Galunggung 1982, lac Pavin, Jaude).

Les éruptions phréatiques

Ces éruptions sont liées à la vaporisation d’eau superficielle sans éjection de magma ; l’explosion reste liée uniquement à l’eau surchauffée, il n’y a pas d’éruption volcanique au sens strict. Ce fût le cas de la Souffrière de Guadeloupe en 1976-77.

Evaluation et prévention des risques des éruptions explosives

Les Risques associés aux retombées de cendres et de lapilli sont faibles, mais plus élevés que ceux liés aux coulées de lave : près de 3 400 victimes au XXe siècle (4,2 %).

Origine des risques des éruptions explosives

• Les retombées balistiques (bombes) : les risques sont faibles pour les biens et les personnes car la portée maximum n’est pas importante. les victimes restent souvent des touristes imprudents qui gravissent les pentes des volcans les moins dangereux afin d’apercevoir la lave au fond du cratère.
• Les retombées de cendres : ce sont des produits transportés latéralement par le vent, notamment le jet stream (vent d’altitude très puissant). Par conséquent, les cendres peuvent faire plusieurs fois le tour de la terre et générer une pollution globale. Les risques sont généralement faibles et surtout matériels. Par contre, les retombées peuvent être fatales dans le cas d’éruptions ultrapliniennes comme pour le Vésuve en 79 : 2 000 morts à Pompéi (avec 18 000 fuyards) par l’effondrement des toits, mais aussi la suffocation ou l’enterrement vivant sous 3 m de ponces.
  
  Les risques touchent aussi la circulation aérienne qui peut être perturbée comme en témoigne le Galunggung (Indonésie) en 1982, où deux boeing 747 ont traversé le panache à 11500 m d’altitude entraînant l’arrêt de quatre de leurs réacteurs, heureusement sans conséquence. En mars 2010, l’éruption du volcan islandais Eyjafjöll a perturbé pendant plusieurs semaines le trafic aérien au-dessus de l’Europe.
  Enfin, les retombées de cendres perturbent le climat en abaissant les températures et en modifiant les saisons. A ce titre, rappelons que c’est une thèse qui serait complémentaire dans la disparition des dinosaures.

Prévention des risques des éruptions explosives

Quelques moyens et dispositions à mettre en oeuvre :

• pour la protection des personnes, utiliser des mouchoirs humides sur le visage pour éviter la suffocation engendrée par les cendres ;
• renforcer les toits et les déblayer régulièrement ;
• inciter les personnes à rester chez eux jusqu’à ce que la visibilité revienne (malgrè le phénomène de nuit qui peut durer plusieurs jours) ;
• évacuer les animaux dès que possible pour éviter l’absorption ultérieure de cendres.

Les menaces assez prévisibles et dangereuses

Les nuées ardentes

Les nuées ardentes sont des écoulements pyroclastiques de petits volumes. On appelle écoulements pyroclastiques l’émission dirigée et en contact avec le sol d’un mélange de gaz et de particules solides, cendres et blocs. Ces écoulements se font toujours à grande vitesse (jusqu’à 300 km/h) et haute température (jusqu’à 500°C), mais présentent néanmoins une grande variété.

Genèse et mécanismes de transport

On distingue trois origines principales.

• Une explosion dirigée latéralement : lorsque la destruction du dôme est liée à explosion, on parle de « nuée ardente de type pélée », en référence à l’éruption du 8 mai 1902 de la montagne Pelée (Martinique) ;
• L’écroulement d’une colonne éruptive : « nuées ardentes de type St Vincent » en référence à une éruption de la Souffrière Saint Vincent (Guadeloupe) le 7 mai 1902 qui tua plus de 1 500 personnes. Sa caractéristique majeure étant la présence de nuées sur tous les flancs du volcan ;
• L’écroulement d’un dôme sommital de lave visqueuse : cette destruction correspond aux simples glissements de parties instables qui génèrent des écroulements gravitaires qui ne sont donc pas provoqués par l’explosion du volcan. Ces phénomènes sont imprévisibles et très dangereux.
  
  Exemple du Merapi (Java – Indonésie) le 22 Novembre 1994, on parle alors de « nuée ardente de type Merapi » ou « nuée ardente d’avalanche ». Le Mérapi a connu deux nouvelles éruptions meurtrières en mai 2006 et en novembre 2010

Le terme « nuée ardente » englobe indistinctement deux grands types d’écoulement : les coulées et les déferlantes pyroclastiques :

• Les coulées pyroclastiques
  
  Elles résultent d’un mélange gaz-solide à vitesse relativement faible (5-40 m/s) restant canalisé et qui suit les talwegs. Exemple : la nuée Semeru (Java – Indonésie) ;
• Les déferlantes pyroclastiques
  
  Les écoulements sont moins concentrés, en régime turbulent, avec des particules transportées surtout en suspension, à une vitesse très forte (50-100 m/s), mais qui décroit très brusquemt. Les déferlantes pyroclastiques se caractérisent notament par le fait qu’elles s’affranchissent de la topographie et passent les reliefs.

Les risques associés aux nuées ardentes

Ils demeurent très importants comme en témoignent les grandes catastrophes historiques :

Près de 37 000 victimes au XXe siècle (plus de 46 % du nombre total). Les victimes sont ensevellies par les coulées pyroclastiques ou brûlées vives par les déferlantes pyroclastiques.

La nuée la plus meurtrière de l’époque contemporaine fût celle de la Montagne Pélée (Martinique) en 1902 avec environ 29 000 victimes. Dès le début de l’année, de petites explosions phréatiques et des séismes sont ressentis, quelques jours avant l’éruption des pluies de cendres fines apparaissent. Le 5 mai, une usine est ensevelie par une nuée (25 morts), avec un mini tsunami à St-Pierre, mais la tenu d’élections et la déclaration rassurante de la commission scientifique pressent les habitants à ne pas fuir. La ville sera ensuite rayée de la carte par une nuée ne laissant que 3 survivants…

Il n’existe aucun moyen de protection d’ordre technique, en particulier contre les déferlantes qui tiennent peu compte de la morphologie. C’est pourquoi, seule la prévention peut limiter les risques : outre les techniques de surveillance traditionnelles de l’activité (prévision de l’éruption), il est indispensable de faire un zonage des menaces afin d’en évaluer les risques.

Les nuées ardentes constituent un risque majeur de par leurs intensités même si elles ne sont pas les plus dangereuses. Le risque provient davantage de leur très grande fréquence et de leur caractère imprévisible, comme en témoigne la mort de de volcanologues expérimentés (couple de volcanologues Krafft).

Les lahars

Ce sont des écoulements non-newtonien (c’est à dire dans lesquels l’eau n’est plus le moteur de la dynamique) à matériaux volcaniques prépondérants : soit coulées de débris (> 50% blocs), soit coulées de boue (> 50% de matériaux fins sables, limons, argiles). Avec 31 500 morts, ils ont représenté 40% des victimes dus aux éruptions volcaniques au 20e siècle.

Typologie des lahars

Front de lahars, volcan Semeru – Java est, Indonésie
© Franck lavigne

On distingue deux grandes catégories de lahars :

• Lahars syno-éruptifs qui se produisent pendant l’éruption, appelés aussi lahars primaires ou lahars chauds.
  
  Ils peuvent avoir pour origine :

  • une fonte brutale de la neige ou de la glace dûe à l’activité volcanique. Ce type de lahar compte parmi les plus dangereux car ils sont beaucoup plus volumineux, même lors d’une éruption modeste. Exemple du Nevado Del Ruiz (Colombie), 25 000 morts alors que seulement 9% de la calotte glacière a fondu ;
  • la pénétration d’une nuée ardente dans un cours d’eau ;
  • la vidange brutale d’un lac de cratère suite à une explosion, une brèche dans la paroi du volcan ou un débordement en cas de trop plein. Ces deux derniers cas, non liés à une activité éruptive en sont d’autant plus dangereux qu’ils sont imprévisibles ;
  • les eaux de pluie (exemple du cyclone au Pinatubo).

• Lahars post-éruptifs ou secondaires ou froids, qui remanient les dépôts de cendre ou de nuées.

Le danger vient du fait que les lahars ne suivent pas obligatoirement les talwegs, mais débordent fréquemment au niveau des coudes, des zones resserrées d’une vallée ou des ruptures de pente.

Prévention de risques des lahars

Elle est d’abord fondée sur le zonage des lahars le plus souvent à grande échelle (volcan), plus rarement à petite échelle.

Des cartes des zones menacées peuvent ainsi être dressées afin d’éviter des catastrophes. Seulement, ces informations parfois confuses ne sont pas toujours suivies par les autorités qui évacuent alors les populations au dernier moment.

De plus, des facteurs défavorables peuvent intervenir dans la diffusion de l’alerte : un mauvais temps, une heure tardive comme un match de foot important à la télé…

Le second moyen de prévention est le détecteur de lahars (simo)

Les menaces imprévisibles et très dangereuses

Les blasts

On appelle blast une déferlante pyroclastique de très forte intensité. C’est une explosion dirigée latéralement.

L’explosion du Mont Saint Helens (USA) le 18 mai 1980 est en une illustration avec une surface détruite très importante (600 km2) en forme d’éventail présentant un angle supérieur à 180°. La déferlante a parcouru 25 km en moins de 30 s avec des températures atteignants les 260 °C.

Constituée presque exclusivement de gaz, la déferlante est comparable à un très grand souffle supersonique dont la vitesse estimée varie de 100 à 250 m/s sur les premiers kilomètres dévastant tout sur son passage.

Sur ses marges et en fin de course, le blast reste canalisé dans les vallées alors qu’à proximité du volcan, il franchit les obstacles topographiques. Enfin, les fortes températures induites génèrent en plus du souffle mécanique un effet thermique qui augmente les risques.

Toujours pour le Mont Saint Helens, toute la zone limitrophe au volcan avait été évacuée, et une seconde zone d’accès restreint fût mise en place dès la fin mars (l’éruption eu lieu le 18 mai). Pourtant la catastrophe fit une soixantaine de victimes dont un volcanologue.

Les moyens de protection possibles peuvent s’illustrer par ce scénario vécu lors de l’éruption du Mont Saint Helens :

un couple et ses 4 enfants campaient à 20 km du cratère dans une zone dévastée par un blast : ils furent tous sauvés en se réfugiant dans une cabane, calfeutrés sous des couvertures, le visage recouvert par linge humide. Ils furent ensuite récupérés par hélicoptère tant l’épaisseur de cendres était importante.

Les avalanches de débris

Ce sont des écoulements pyroclastiques et volcanoclastiques issus de l’écroulement d’un flanc de l’appareil sommital.

Les effets morphologiques caractéristiques sont la décapitation du sommet du volcan (Le Mont Saint Helens a perdu 400 m), suivi de la mise en place d’une caldeira d’avalanche en forme de fer à cheval.

Il en existe deux grands types :

• Avalanches gravitaires ou de type « Bandaï » : la roche altérée, notamment dans des zones hydrothermalisées (de fumerolles et solfatares) entraîne des écroulements par simple gravité, parfois accompagnés d’un faible dégazage ;
• Avalanches de type Bezymianny ou « Mont Saint Helens » : l’écroulement est lié à la pression interne du crypto-dôme. Ainsi, toujours au Mont Saint Helens, 1/3 du volcan a glissé en moins de 15 secondes.

Les avalanches demeurent extrêmement dangereuses car moins canalisées que les lahars et elles peuvent s’élever sur versants des vallées et surmonter les interfluves.

Enfin, aucun moyen de protection n’est efficace contre ce risque.

Les écoulements gazeux

Les gaz qui sont présents dans toutes les éruptions explosives sont parfois émis seuls sous forme d’un nuage lourd de CO2 invisible, qui ne provoque aucun dégat matériel, mais asphyxie sur son passage l’ensemble des êtres vivants se trouvant dans les talwegs (points bas des vallées).

Les exemples les plus connus sont Dieng en 1979 (142 morts) et le lac Nyos (Cameroun) en 1986 (1 750 morts). A Dieng, il semblerait que le gaz ait été libéré le long d’une faille ouverte lors de séismes. Au Cameroun, le gaz se serait accumulé à l’état dissous dans les eaux profondes du lac, jusqu’à un état proche de la saturation l’amenant à un état d’équilibre instable. La cause de sa remontée est mal connue, deux grandes hypothèses sont avancées : un retournement limnique (donc d’origine hydrologique) ou une éruption phréatique (défendue par H.Tazieff).

La prévision reste quasiment impossible car les effets dans le passé ne laissent pas de traces. De surcroît, il est impossible d’en réchapper car le nuage est la plupart du temps incolore et inodore.

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