19Les volcans

Le 17 mai 1980, un géologue se tenait sur une crête, à dix kilomètres du mont Saint Helens, dans le nord-ouest des États-Unis, et a pris la photographie de gauche ci-dessous : un cône lisse et enneigé, l’une des montagnes les plus gracieuses du pays. Depuis deux mois, la montagne tremblait, et son flanc nord gonflait vers l’extérieur comme un ballon. Le lendemain matin, à 8 h 32, un petit séisme l’a secouée. Tout le flanc gonflé a glissé, et le volcan a explosé de côté. Quand on a pu photographier de nouveau depuis la même crête, en septembre, la montagne ressemblait à la photographie de droite.

Dans ce chapitre, nous ouvrons un volcan pour voir ce qui provoque une éruption ; nous découvrons pourquoi certains volcans déversent de tranquilles rivières de lave tandis que d’autres se font exploser ; et nous regardons de nouveau la carte du monde, pour voir où se trouvent les volcans, et pourquoi.

Tu sais déjà

Un volcan est un endroit où de la roche fondue venue des profondeurs de la Terre sort à la surface, ainsi que la colline ou la montagne qu’elle y construit. Pendant une éruption, il projette de la lave, des cendres et des gaz (Chapitre 8). Sous la croûte, le manteau est fait de roche chaude et solide, bien qu’elle puisse se déformer très lentement (Chapitre 16). Le basalte et le granite sont des roches ignées : ils se forment quand de la roche fondue refroidit et durcit (Chapitre 15). L’enveloppe externe de la Terre est découpée en plaques qui se déplacent de quelques centimètres par an ; leurs bords sont les limites de plaques (Chapitre 18).

19.1 À l’intérieur d’un volcan

Le manteau est solide. Pourtant, en quelques endroits, loin sous la surface, une petite partie de la roche fond. La roche fondue est plus légère que la roche solide qui l’entoure : elle monte donc lentement, en se faufilant par des fissures, comme une goutte d’huile qui remonte dans l’eau.

Définition 19.1 (Magma)

Le magma est de la roche fondue en profondeur. C’est un liquide chaud qui peut aussi transporter des cristaux et, dissous en lui, des gaz comme la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone. Le magma qui sort à la surface s’appelle la lave ; en sortant, il perd la plus grande partie de ses gaz.

Le magma qui monte s’arrête souvent en chemin, à quelques kilomètres sous la surface, et s’accumule dans une grande poche. Il y attend, parfois pendant des siècles, avant qu’une éruption n’en vide une partie.

Définition 19.2 (Chambre magmatique)

Une chambre magmatique est un grand espace dans les roches situées sous un volcan, à quelques kilomètres de profondeur, où le magma s’accumule avant une éruption.

Définition 19.3 (Bouche éruptive et cratère)

Une bouche éruptive est une ouverture à la surface par laquelle sortent le magma, les gaz et les cendres. Un cratère est le creux en forme de cuvette qui entoure une bouche éruptive, en général au sommet du volcan.

La même roche fondue porte donc deux noms. En profondeur, c’est du magma ; une fois sortie d’une bouche éruptive, c’est de la lave. La différence n’est pas qu’une affaire de mots : le magma contient encore ses gaz, tandis que la lave en a perdu la plus grande partie dans l’air. Nous verrons que ces gaz décident du type d’éruption d’un volcan.

Quelle est sa température ? Les scientifiques de l’Observatoire volcanologique d’Hawaï mesurent la lave à sa sortie des bouches du Kilauea, l’un des volcans d’Hawaï : environ $1170{}^{\circ}\mathrm{C}$. La roche chaude rougeoie, et la couleur de cette lueur dépend de sa température : des caméras spéciales lisent de loin la température d’une coulée en mesurant les couleurs de sa lueur. Même l’œil s’en fait une idée approximative, comme le montre le tableau.

Remarque 19.4 (Une peau qui refroidit en une seconde)

Quand la lave rencontre l’air, sa surface se refroidit de centaines de degrés chaque seconde : une peau sombre se forme aussitôt sur la roche incandescente. Sous cette peau, la lave reste chaude longtemps. À Hawaï, de la lave a coulé dans des tunnels, sous son propre toit durci, sur $10\,\mathrm{km}$, d’une bouche jusqu’à la mer, et elle a encore atteint le rivage à environ $1140{}^{\circ}\mathrm{C}$ : seulement une trentaine de degrés de moins qu’à la bouche.

19.2 Deux façons d’entrer en éruption

Le mont Saint Helens s’est fait exploser. Les volcans d’Hawaï, au contraire, déversent en général une lave qui s’écoule le long de leurs pentes. Les géologues classent les éruptions en deux sortes.

Définition 19.5 (Éruptions effusives et explosives)

Dans une éruption effusive, le magma sort tranquillement sous forme de lave, qui s’écoule loin de la bouche, parfois sur des kilomètres, ou jaillit en fontaines de gouttes incandescentes. Dans une éruption explosive, le magma est réduit en morceaux par ses propres gaz : une colonne de cendres, de gaz et de blocs de roche est projetée haut dans le ciel.

Qu’est-ce qui fait la différence ? Deux choses : la fluidité du magma, et la quantité de gaz qu’il contient.

Fluide ou visqueux. Certains magmas sont fluides, presque comme du miel tiède : c’est le cas du magma qui refroidit en basalte sombre, comme à Hawaï. D’autres magmas sont épais et visqueux, comme du miel froid ou du dentifrice. Dans un magma fluide, les bulles de gaz montent facilement et s’échappent à la surface, quelques-unes à la fois. Dans un magma visqueux, les bulles sont piégées.

Peu ou beaucoup de gaz. Une bouteille d’eau gazeuse contient beaucoup de gaz dissous dans l’eau, maintenu là par la pression à l’intérieur de la bouteille fermée ; on ne le voit pas. Ouvre la bouteille, et la pression chute : des bulles apparaissent partout, et si la bouteille a été secouée, la mousse jaillit. Le magma, en profondeur, contient lui aussi des gaz dissous sous une forte pression. Pendant qu’il monte, la pression baisse et les gaz sortent de la solution sous forme de bulles.

Assemblons les deux. Un magma fluide et pauvre en gaz laisse partir ses bulles et sort sous forme de lave qui coule : l’éruption est effusive. Un magma visqueux et riche en gaz garde ses bulles jusqu’à ce qu’elles gonflent au point de déchiqueter le magma : l’éruption est explosive. Les lambeaux de magma mousseux se figent dans l’air en cendres et en ponce, une roche si pleine de bulles qu’elle peut flotter.

Exemple 19.6 (Pinatubo, 1991 : le soda éventé et le soda secoué)

En juin 1991, le premier magma a atteint la surface du mont Pinatubo, aux Philippines. En montant, il avait perdu la plus grande partie de ses gaz, « comme une bouteille de soda éventée », selon les mots des scientifiques qui l’observaient. Il est sorti lentement et s’est entassé en un dôme au-dessus de la bouche : pas d’explosion. Puis, le 12 juin, un magma encore plein de gaz a atteint la surface et a explosé — la colonne de la photographie ci-dessus. Le 15 juin, un magma encore plus riche en gaz est arrivé, et le volcan a connu l’une des plus grandes éruptions du xx^e siècle : il a projeté plus de cinq kilomètres cubes de roche et de cendres, son nuage de cendres est monté à $35\,\mathrm{km}$ de haut, et le sommet de la montagne s’est effondré en un creux de $2.5\,\mathrm{km}$ de large. Le même volcan, la même semaine : ce sont les gaz qui ont fait la différence.

La forme d’un volcan garde la mémoire de ses éruptions. Une lave fluide coule loin avant de durcir : couche après couche, elle construit une large montagne aux pentes douces, en forme de bouclier de guerrier posé sur le sol : un volcan bouclier. Le Mauna Loa, à Hawaï, en est un. La lave visqueuse et les cendres s’entassent près de la bouche, en un cône raide fait de couches de lave et de cendres : un stratovolcan (strata veut dire « couches »). Le mont Saint Helens et le Pinatubo en sont deux exemples.

Méthode 19.7 (Effusive ou explosive ? Quatre indices)

Pour reconnaître, d’après une description ou une photographie, le type d’éruption d’un volcan, cherche ces indices.

1. Qu’est-ce qui sort ? De la lave qui coule ou jaillit en fontaines : effusive. Une colonne de cendres, des blocs de roche projetés : explosive.
2. La forme du volcan. Une large montagne aux pentes douces : éruptions surtout effusives. Un cône raide : souvent explosives.
3. Le magma. Fluide, peu de gaz : effusive. Visqueux, beaucoup de gaz : explosive.
4. Les roches laissées. Des coulées de lave sombres et massives : effusive. Des couches de cendres et de ponce : explosive.

Exemple 19.8 (Utiliser les indices)

Une voyageuse décrit un volcan : « une énorme montagne aux formes doucement arrondies, des coulées de lave noire partout sur ses pentes, certaines vieilles de quelques années seulement ». L’indice 2 (pentes douces) et l’indice 4 (coulées de lave sombres) indiquent tous deux des éruptions effusives : c’est un volcan bouclier, comme le Mauna Loa.

Au laboratoire — Un volcan en bouteille (en classe, avec l’enseignant)

L’enseignant prend deux bouteilles fermées d’eau gazeuse. L’une est restée posée ; l’autre a été doucement secouée. Toutes deux sont ouvertes dehors, au-dessus d’une bassine, tournées loin de tout le monde. La bouteille restée posée siffle et laisse monter quelques bulles ; la bouteille secouée éclate en une mousse qui jaillit. Quelle bouteille ressemble au magma d’Hawaï, laquelle à celui du Pinatubo ? Ensuite, on laisse tomber un morceau de ponce et un galet dans un bol d’eau : la ponce flotte. Regarde-la à la loupe : elle est pleine de trous, les bulles de gaz figées dans la roche quand le magma a éclaté.

19.3 Ce qui sort d’un volcan

Une éruption projette bien plus que de la lave : des gaz, des cendres, des blocs de roche et, dans les pires cas, des avalanches de cendres brûlantes.

Le gaz le plus abondant, de loin, est la vapeur d’eau. Les grandes éruptions libèrent d’énormes quantités de gaz en peu de temps : en une seule journée de 1991, le Pinatubo aurait envoyé plus de 250 millions de tonnes de gaz dans la haute atmosphère.

Définition 19.9 (Coulée pyroclastique)

Une coulée pyroclastique est une avalanche rapide de gaz brûlants, de cendres et de morceaux de roche, des grains de poussière aux blocs, qui dévale les pentes d’un volcan pendant une éruption explosive. (Pyro veut dire « feu » et clastique veut dire « fait de morceaux brisés ».)

Les coulées pyroclastiques se déplacent en général à plus de $80\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$, et les roches et les gaz qu’elles contiennent sont en général entre 200 et $700{}^{\circ}\mathrm{C}$. Elles suivent le plus souvent les vallées, comme l’eau, et elles renversent, brûlent ou ensevelissent presque tout sur leur passage. Le 18 mai 1980, les coulées pyroclastiques du mont Saint Helens ont filé à 80 à $130\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$, à une température d’au moins $700{}^{\circ}\mathrm{C}$, et ont atteint $8\,\mathrm{km}$ du cratère.

Le tableau résume les produits d’un volcan.

Méthode 19.10 (Combien de temps faut-il ?)

Pour trouver combien de temps met un objet qui se déplace à une vitesse connue pour parcourir une distance, divise la distance par la vitesse :

$$\text{durée} = \frac{\text{distance}}{\text{vitesse}}.$$

Avec une distance en kilomètres et une vitesse en kilomètres par heure, la durée s’obtient en heures ; multiplie par 60 pour obtenir des minutes.

Exemple 19.11 (La course contre une coulée pyroclastique)

Une coulée pyroclastique qui avance à $120\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$ se dirige vers un village situé $6\,\mathrm{km}$ plus bas dans la vallée. Elle met $6 \div 120 = 0.05$ heure, soit $0.05 \times 60 = 3$ minutes. Trois minutes : personne ne peut sortir de la vallée à temps, ni en courant ni même en voiture. Les gens ne sont en sécurité que s’ils sont partis avant l’éruption.

Remarque 19.12 (Les coulées de boue : le danger qui vient après)

Une éruption laisse les pentes couvertes de cendres meubles. Quand la pluie tombe dessus, ou quand la chaleur fait fondre la neige et la glace du sommet, les cendres se transforment en coulées de boue qui dévalent les vallées. Le 18 mai 1980, les coulées de boue du mont Saint Helens ont endommagé 27 ponts et près de 200 maisons. Autour du Pinatubo, les fortes pluies des années suivantes ont transformé les cendres en coulées de boue géantes qui ont enseveli des villages entiers : elles ont fait plus de dégâts que l’éruption elle-même.

19.4 Où sont les volcans ?

La Smithsonian Institution, à Washington, tient une liste de tous les volcans qui ont connu une éruption au cours des 12 000 dernières années : il y en a 1 214, sur terre et sous la mer. Pour chacun, la liste indique où il se trouve par rapport aux plaques. La carte ci-dessous les colore de cette façon.

Proposition 19.13 (La plupart des volcans se trouvent sur des limites de plaques)

Sur les 1 214 volcans actifs au cours des 12 000 dernières années, 838 (69 %) se trouvent là où une plaque s’enfonce sous une autre et 221 (18 %) là où des plaques s’écartent ; 149 (12 %) se trouvent à l’intérieur d’une plaque, loin de ses bords. Pour les 6 derniers (0.5 %), la situation est inconnue.

Là où des plaques s’écartent. Le long des dorsales océaniques, et dans des rifts comme celui qui est en train de déchirer l’Afrique de l’Est, les plaques s’éloignent l’une de l’autre. Du magma monte du manteau dans les fissures qui s’élargissent et les remplit : de la croûte nouvelle se forme. La plupart des dorsales sont sous la mer, mais l’Islande se trouve juste sur la dorsale médio-atlantique : là, ces volcans se voient sur la terre ferme. Leur magma est surtout du basalte fluide, et leurs éruptions sont surtout effusives.

Là où une plaque s’enfonce sous une autre. Plus de deux volcans sur trois se trouvent ici, le long de lignes qui suivent les bords de l’océan Pacifique — la « ceinture de feu » — et en quelques autres endroits. En profondeur, le long de la plaque qui s’enfonce, une partie de la roche fond en partie ; les scientifiques discutent encore pour savoir exactement quelle roche fond, la plaque qui s’enfonce, la plaque qui est au-dessus, ou les deux. Le magma qui monte là est souvent visqueux et plein de gaz : ce sont les volcans explosifs, comme le mont Saint Helens et le Pinatubo. Les données le montrent : sur les 660 cônes raides (stratovolcans) de la liste, 564 — soit 85 % — se trouvent là où une plaque s’enfonce sous une autre.

À l’intérieur d’une plaque. Quelques volcans sont loin de toute limite. Les plus célèbres sont ceux d’Hawaï, au milieu de l’océan Pacifique, à plus de $3200\,\mathrm{km}$ du bord de plaque le plus proche.

Définition 19.14 (Point chaud)

Un point chaud est un endroit, profond dans le manteau, qui reste chaud pendant des millions d’années et continue d’alimenter en magma des volcans de surface, même loin des bords des plaques.

Le point chaud reste où il est, tandis que la plaque qui le surmonte se déplace. Un volcan grandit au-dessus du point chaud ; puis la plaque en mouvement l’emporte, et il s’éteint, tandis qu’un nouveau volcan grandit derrière lui, au-dessus du point chaud. Avec le temps, la plaque porte toute une ligne de volcans, les plus anciens étant les plus éloignés du point chaud. C’est exactement ce que l’on voit à Hawaï : les roches les plus anciennes de l’île de Kauai, à l’extrémité nord-ouest des îles habitées, ont environ 5.5 millions d’années et sont profondément usées par la pluie et les vagues ; sur Big Island, à l’extrémité sud-est, les roches les plus anciennes en surface ont moins de 0.7 million d’années, et de la lave nouvelle sort encore.

Histoire des sciences — Un géophysicien et une ligne d’îles

Pourquoi une chaîne d’îles volcaniques s’élèverait-elle au milieu de la plus grande plaque de la Terre ? En 1963, le géophysicien canadien J. Tuzo Wilson a proposé une réponse. Les îles d’Hawaï, a-t-il suggéré, forment une ligne parce que la plaque pacifique se déplace au-dessus d’une source de chaleur profonde et fixe dans le manteau, qui fait fondre en partie la plaque située au-dessus. S’il avait raison, les îles devaient être d’autant plus anciennes et plus usées qu’elles sont loin des volcans actifs de Big Island. Les âges de leurs roches montrent exactement cela. Une seule idée expliquait à la fois la ligne et l’ordre des âges. (Wilson est aussi le scientifique qui a découvert les limites transformantes, où des plaques glissent l’une le long de l’autre.)

19.5 Vivre avec les volcans

Beaucoup de gens vivent près des volcans : environ 3 millions vivaient dans la région du Pinatubo en 1991. Heureusement, une grande éruption donne souvent des signes avant-coureurs. Le magma qui monte écarte les roches : le sol se fissure et tremble avec de petits séismes, les pentes gonflent, des gaz s’échappent. Au mont Saint Helens, les premiers petits séismes sont arrivés le 16 mars 1980 ; au 17 mai, il y en avait eu plus de 10 000, et le flanc nord avait gonflé vers l’extérieur d’au moins $137\,\mathrm{m}$. Les scientifiques ont mesuré tout cela et la zone a été fermée ; malgré cela, 57 personnes sont mortes le 18 mai.

Au Pinatubo, en 1991, les scientifiques qui surveillaient les séismes, les gaz et le gonflement du volcan ont donné l’alerte à temps : les gens qui vivaient près du volcan sont partis, et au moins 5 000 vies ont été sauvées.

Remarque 19.15 (Ne t’approche jamais d’un volcan en éruption)

Regarder une éruption n’est possible que depuis les endroits que les autorités ont ouverts au public. Les gaz, les chutes de pierres, la croûte de lave fraîche qui cède sous les pieds et les coulées pyroclastiques peuvent tuer, souvent sans prévenir. Les observatoires volcanologiques publient ce que l’on peut visiter sans danger : suis toujours leurs consignes.

19.6 Exercices

Exercice 19.1 ★

Associe chaque mot à sa définition : magma ; lave ; chambre magmatique ; bouche éruptive ; cratère. (a) Un creux en forme de cuvette au sommet d’un volcan. (b) De la roche fondue en profondeur. (c) Une ouverture par laquelle sort le magma. (d) De la roche fondue sortie à la surface. (e) Une grande poche de magma à quelques kilomètres sous un volcan.

Solution

Solution de Exercice 19.1.

(a) cratère ; (b) magma ; (c) bouche éruptive ; (d) lave ; (e) chambre magmatique.

Exercice 19.2 ★

Effusive ou explosive ? (a) Des rivières de lave incandescente coulent sur une pente douce. (b) Une colonne de cendres monte à $35\,\mathrm{km}$ dans le ciel. (c) Une fontaine de gouttes incandescentes jaillit d’une fissure. (d) Une avalanche de cendres et de gaz brûlants dévale une vallée.

Solution

Solution de Exercice 19.2.

(a) Effusive. (b) Explosive. (c) Effusive : une fontaine de lave projette des gouttes incandescentes qui retombent et s’écoulent ; le magma n’est pas réduit en cendres. (d) Explosive : c’est une coulée pyroclastique.

Exercice 19.3 ★

Vrai ou faux ? Corrige les phrases fausses. (a) Le magma et la lave sont deux noms de la même roche fondue, en profondeur et à la surface. (b) Le gaz volcanique le plus abondant est le dioxyde de carbone. (c) Une coulée pyroclastique est une rivière de lave liquide. (d) Les volcans d’Hawaï se trouvent sur une limite de plaques.

Solution

Solution de Exercice 19.3.

(a) Vrai. (b) Faux : le gaz volcanique le plus abondant est la vapeur d’eau ; le dioxyde de carbone vient ensuite. (c) Faux : une coulée pyroclastique est une avalanche de gaz brûlants, de cendres et de morceaux de roche. (d) Faux : ils se trouvent à l’intérieur de la plaque pacifique, à plus de 3200 km de la limite la plus proche, au-dessus d’un point chaud.

Exercice 19.4 ★

Utilise le tableau des couleurs de la lueur. (a) Une lave rougeoie en jaune : donne sa température. (b) Une coulée qui durcit rougeoie en rouge sombre : donne sa température. (c) Une photographie montre de la lave orange au front d’une coulée et de la lave jaune près de la bouche. Où fait-il le plus chaud ? Pourquoi ?

Solution

Solution de Exercice 19.4.

(a) Environ 1000 à 1200 degrés. (b) Environ 600 à 800 degrés. (c) Près de la bouche, où la lave est jaune (1000 à 1200 degrés) plutôt qu’orange (800 à 1000 degrés) : la lave se refroidit en s’éloignant de la bouche.

Exercice 19.5 ★★

Utilise le diagramme en bâtons des 1 214 volcans. (a) Combien de volcans se trouvent sur une limite de plaques (là où des plaques s’écartent, ou là où l’une s’enfonce sous l’autre) ? (b) Quel pourcentage de tous les volcans cela représente-t-il ? (c) Vérifie que les quatre pourcentages de la proposition font au total environ 100 %.

Solution

Solution de Exercice 19.5.

(a) $838 + 221 = 1059$ volcans. (b) $1059 \div 1214 \approx 0.872$ : environ 87 %. (c) $69 + 18 + 12 + 0.5 = 99.5$, environ 100 % : le petit écart vient de l’arrondi de chaque pourcentage.

Exercice 19.6 ★★

Sur les 660 cônes raides (stratovolcans) de la liste, 564 se trouvent là où une plaque s’enfonce sous une autre, 62 là où des plaques s’écartent et 33 à l’intérieur d’une plaque. (a) Trouve le pourcentage des cônes raides qui se trouvent là où une plaque s’enfonce sous une autre. (b) Combien de cônes raides reste-t-il pour la situation « inconnue » ? (c) Utilise les quatre indices : à quelles éruptions faut-il s’attendre le long de la ceinture de feu ?

Solution

Solution de Exercice 19.6.

(a) $564 \div 660 \approx 0.855$ : environ 85 %. (b) $660 - 564 - 62 - 33 = 1$ : un seul cône raide. (c) Les cônes raides sont construits par une lave visqueuse et des cendres, la marque des éruptions explosives : le long de la ceinture de feu, là où une plaque s’enfonce sous une autre, on s’attend à de nombreuses éruptions explosives, comme celles du mont Saint Helens et du Pinatubo.

Exercice 19.7 ★★

Au Kilauea, la lave sort de la bouche à environ $1170{}^{\circ}\mathrm{C}$. Dans un tunnel de lave, elle a atteint la mer, à $10\,\mathrm{km}$, à environ $1140{}^{\circ}\mathrm{C}$. (a) De combien de degrés s’est-elle refroidie ? (b) Combien de degrés cela fait-il par kilomètre ? (c) À l’air libre, la lave se refroidit en surface de centaines de degrés par seconde. Explique pourquoi la lave du tunnel est restée si chaude.

Solution

Solution de Exercice 19.7.

(a) $1170 - 1140 = 30$ degrés. (b) $30 \div 10 = 3$ degrés par kilomètre. (c) Dans le tunnel, la lave ne touche pas l’air : le toit durci qui la recouvre garde la chaleur, comme le couvercle d’une casserole. À l’air libre, sa surface cède aussitôt sa chaleur à l’air.

Exercice 19.8 ★★

Les roches les plus anciennes de Kauai ont environ 5.5 millions d’années ; celles de Big Island, moins de 0.7 million d’années. (a) Quelle île est la plus ancienne ? D’au moins combien de millions d’années ? (b) Quelle île est la plus usée ? Pourquoi ? (c) Quelle île se trouve au-dessus du point chaud aujourd’hui ? (d) Kauai se trouve au nord-ouest de Big Island. Dans quelle direction la plaque pacifique emporte-t-elle les îles ?

Solution

Solution de Exercice 19.8.

(a) Kauai, d’au moins $5.5 - 0.7 = 4.8$ millions d’années. (b) Kauai : la pluie et les vagues l’usent depuis bien plus longtemps. (c) Big Island, où de la lave nouvelle sort encore. (d) Vers le nord-ouest : Kauai, emportée la première loin du point chaud, se trouve maintenant au nord-ouest de celui-ci.

Exercice 19.9 ★★

Les îles d’Hawaï sont à plus de $3200\,\mathrm{km}$ de la limite de plaques la plus proche. (a) Pourquoi est-ce surprenant pour des volcans ? (b) Explique en trois ou quatre phrases d’où vient leur magma. (c) Sur la carte des volcans, de quelle couleur sont-ils ?

Solution

Solution de Exercice 19.9.

(a) Presque tous les volcans se trouvent sur des limites de plaques (87 % dans la liste) : des volcans aussi loin de toute limite sont une exception. (b) Profond dans le manteau, sous Hawaï, un point chaud reste chaud pendant des millions d’années. Il fait fondre en partie la roche située au-dessus. Le magma, plus léger que la roche solide qui l’entoure, monte à travers la plaque et sort en éruption. Pendant que la plaque se déplace, de nouveaux volcans grandissent au-dessus du point chaud et les anciens sont emportés. (c) Des points orange (« à l’intérieur d’une plaque »).

Exercice 19.10 ★★

En juin 1991, le premier magma du Pinatubo est sorti tranquillement ; trois jours plus tard, un autre magma a explosé. À l’aide des deux bouteilles d’eau gazeuse, explique la différence. Lequel des deux magmas avait perdu ses gaz en montant ?

Solution

Solution de Exercice 19.10.

Le premier magma avait perdu la plus grande partie de ses gaz en montant, comme une bouteille d’eau gazeuse restée ouverte ou restée posée : en arrivant à la surface, il ne lui restait rien pour le faire éclater, et il est sorti lentement. Le magma des 12 et 15 juin contenait encore ses gaz, comme la bouteille secouée : quand la pression a baissé près de la surface, les gaz ont formé des bulles d’un seul coup, qui ont gonflé et déchiqueté le magma visqueux en cendres. Le premier magma est celui qui avait perdu ses gaz.

Exercice 19.11 ★★★

Un village se trouve $10\,\mathrm{km}$ en aval d’un volcan, dans une vallée. (a) Une coulée pyroclastique avance à $80\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$. Combien de minutes lui faudrait-il pour atteindre le village ? (b) Même question à $130\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$. (c) Une famille a besoin de 20 minutes pour partir en voiture. Explique pourquoi l’alerte doit être donnée avant le début de l’éruption, et non quand on voit la coulée.

Solution

Solution de Exercice 19.11.

(a) $10 \div 80 = 0.125$ heure, et $0.125 \times 60 = 7.5$ minutes. (b) $10 \div 130 \approx 0.077$ heure, soit environ $0.077 \times 60 \approx 4.6$ minutes, donc environ 5 minutes. (c) La famille a besoin de 20 minutes, mais la coulée arrive en 5 à 8 minutes : quand on voit la coulée, il est trop tard. La famille n’est en sécurité que si elle part quand les scientifiques voient les signes avant-coureurs, avant l’éruption.

Exercice 19.12 ★★★

Les cendres du mont Saint Helens ont fait une fois le tour de la Terre entière en 15 jours. Un degré de latitude mesure environ $111\,\mathrm{km}$, et un tour complet fait 360 degrés. (a) Quelle est la longueur approximative d’un tour complet de la Terre, en kilomètres ? Arrondis au millier. (b) Combien de kilomètres les cendres ont-elles parcourus par jour, en moyenne ? (c) Combien de kilomètres par heure cela fait-il ? (d) Les cendres sont-elles portées par le vent ou par leur propre vitesse ? Explique.

Solution

Solution de Exercice 19.12.

(a) $111 \times 360 = 39\,960$ : environ 40 000 km. (b) $40\,000 \div 15 \approx 2667$ : environ 2 670 km par jour. (c) $2667 \div 24 \approx 111$ : environ 110 km par heure. (d) Par le vent : les cendres fines n’ont plus de vitesse propre une fois que l’éruption les a projetées en l’air ; elles flottent haut dans l’air et le vent les emporte, tandis qu’elles retombent lentement.

19.7 Problème : Le jour où la montagne a perdu son sommet

Problème 19.1

Problème du week-end — les signes avant-coureurs du mont Saint Helens, l’éruption du 18 mai 1980, et la part de la montagne qui a disparu

Le mont Saint Helens se trouve dans le nord-ouest des États-Unis. Utilise les photographies du début du chapitre, la carte des volcans et les nombres ci-dessous, mesurés par l’U.S. Geological Survey.

Partie I — Avant l’éruption.

1. Les premiers petits séismes sont arrivés le 16 mars 1980 ; la grande éruption, le 18 mai. Combien de jours se sont écoulés entre les deux ? (Mars compte 31 jours, avril 30.)
2. Au 17 mai, plus de 10 000 séismes avaient été enregistrés, en 62 jours depuis le 16 mars. Environ combien cela fait-il par jour, en moyenne ?
3. Le flanc nord de la montagne a gonflé vers l’extérieur d’au moins $137\,\mathrm{m}$. Explique pourquoi ce gonflement inquiétait les scientifiques.
4. Sur la carte des volcans, le mont Saint Helens est un triangle bleu. Qu’est-ce que cela t’apprend sur sa situation ? À quelle sorte d’éruption t’attends-tu, et à quelle forme de volcan ?

Partie II — Le 18 mai 1980.

5. À 8 h 32, un petit séisme a fait glisser le flanc gonflé. Le glissement de terrain a atteint $240\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$. Combien de kilomètres cela fait-il par minute ?
6. Le glissement a découvert le magma comme un bouchon que l’on retire d’une bouteille secouée. Explique pourquoi le volcan a alors explosé de côté.
7. Le souffle latéral a avancé à au moins $480\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$ et a atteint $27\,\mathrm{km}$ du volcan. À cette vitesse, combien de minutes lui a-t-il fallu, au plus, pour y arriver ?
8. Les coulées pyroclastiques ont atteint $130\,\mathrm{km}/\mathrm{h}$ et sont arrivées à $8\,\mathrm{km}$ du cratère. Combien de minutes ont-elles mis à cette vitesse ? Arrondis à la minute.

Partie III — Après.

9. La colonne de cendres a atteint une hauteur d’environ $24\,\mathrm{km}$ en moins de 15 minutes. Combien de fois plus haut que le mont Everest ($8.8\,\mathrm{km}$) est-ce ? Arrondis au dixième.
10. Entre 1980 et 1986, de la lave visqueuse est sortie dans le cratère et a construit un dôme de $267\,\mathrm{m}$ de haut au-dessus de la bouche. Ces éruptions étaient-elles effusives ou explosives ? À quelle bouteille d’eau gazeuse te font-elles penser ?
11. Regarde les deux photographies du volcan. Décris en deux phrases ce qui a changé.
12. Avant l’éruption, le sommet était à $2950\,\mathrm{m}$ d’altitude ; après, le point le plus haut était à $2549\,\mathrm{m}$. Combien de mètres de hauteur la montagne a-t-elle perdus ?

Solution

Solution de Problème 19.1.

1. Du 16 au 31 mars : $31 - 16 = 15$ jours ; puis 30 jours en avril et 18 jours en mai : $15 + 30 + 18 = 63$ jours.

2. $10\,000 \div 62 \approx 161$ : plus de 160 petits séismes par jour, en moyenne.

3. Le gonflement montrait que du magma était monté haut dans la montagne et poussait la roche vers l’extérieur. Il rendait aussi le flanc nord raide et instable, prêt à glisser.

4. Un triangle bleu se trouve là où une plaque s’enfonce sous une autre. On s’attend à un magma visqueux et riche en gaz, à des éruptions explosives et à un cône raide (un stratovolcan) — exactement ce que montre la première photographie.

5. $240 \div 60 = 4$ kilomètres par minute.

6. Le flanc gonflé retenait le magma sous pression, comme le bouchon d’une bouteille. Quand il a glissé, la pression a chuté d’un coup ; les gaz dissous dans le magma se sont transformés en bulles tous à la fois et ont jailli par le flanc ouvert — de côté, là où le couvercle avait disparu.

7. $27 \div 480 \approx 0.056$ heure, et $0.056 \times 60 \approx 3.4$ minutes. Comme le souffle avançait au moins aussi vite, il a mis au plus environ 3.4 minutes.

8. $8 \div 130 \approx 0.062$ heure, et $0.062 \times 60 \approx 3.7$ : environ 4 minutes.

9. $24 \div 8.8 \approx 2.7$ : la colonne est montée environ 2.7 fois plus haut que le mont Everest.

10. Effusives : la lave visqueuse est sortie sans exploser et s’est entassée au-dessus de la bouche. Comme la bouteille restée posée, ce magma avait déjà perdu la plus grande partie de ses gaz.

11. Avant, la montagne était un cône lisse et pointu couvert de neige, au-dessus de forêts vertes. Après, son sommet et son flanc nord ont disparu : un immense cratère ouvert vers nous les a remplacés, et les pentes et la vallée au premier plan sont grises de cendres et de roches brisées.

12. $2950 - 2549 = 401$ : la montagne a perdu environ 401 m de hauteur, soit environ 400 mètres, comme on l’a vu en année 4.