Volcans et Seismes
Les volcans et les seismes sont deux manifestations spectaculaires de l'activite interne de la Terre, directement liees a la tectonique des plaques. Notre planete est dynamique, avec une enveloppe externe rigide, la lithosphere, fragmente en plaques ...
Cours
Introduction aux volcans et aux seismes
Les volcans et les seismes sont deux manifestations spectaculaires de l'activite interne de la Terre, directement liees a la tectonique des plaques. Notre planete est dynamique, avec une enveloppe externe rigide, la lithosphere, fragmente en plaques qui se deplacent lentement sur l'asthenosphere plus ductile. Les volcans se forment principalement aux frontieres des plaques, comme les dorsales oceaniques (divergentes) ou les zones de subduction (convergentes), ainsi qu'a des points chauds intraplaques. Les seismes, ou tremblements de terre, resultent de la liberation brutale d'energie accumulee lors du frottement des plaques le long de failles. Ces deux phenomenes, bien que potentiellement destructeurs, sont essentiels pour comprendre la structure et l'evolution de la Terre. Ils modelent les paysages, creent de nouvelles terres et recyclent les materiaux terrestres. L'etude de ces processus, la volcanologie et la sismologie, permet non seulement d'enrichir nos connaissances geologiques mais aussi de developper des strategies de prevention des risques pour les populations vivant dans des zones exposees.
Les volcans : types, eruptions et produits
On distingue principalement deux grands types d'eruptions volcaniques, liees a la composition du magma. Les eruptions effusives, comme celles des volcans dits 'rouges' (ex. : Kilauea a Hawai, Piton de la Fournaise a La Reunion), produisent des magmas basaltiques fluides, pauvres en silice et en gaz. La lave s'ecoule alors en coulees souvent importantes, formant des volcans a pentes douces, les volcans boucliers. A l'inverse, les eruptions explosives caracterisent les volcans 'gris' (ex. : Mont Saint Helens, Montagne Pelee). Leurs magmas sont riches en silice et en gaz dissous, ce qui les rend tres visqueux. La pression des gaz peut fragmenter le magma, produisant des nuages ardents (coulees pyroclastiques), des panaches de cendres projetes a haute altitude et des domes de lave. Les produits emis sont varies : laves (basalte, andesite, rhyolite), pyroclastites (cendres, lapilli, bombes) et gaz (vapeur d'eau, dioxyde de carbone, dioxyde de soufre). La dangerosite d'une eruption depend de son type, les eruptions explosives etant generalement plus meurtrieres en raison de leur soudainete et de la violence des phenomenes associes.
Anatomie d'un volcan et origine du magma
Un volcan est une structure geologique complexe. En profondeur, une chambre magmatique, reservoir ou le magma s'accumule et evolue par differenciation, est alimentee par la montee de materiau fondu depuis le manteau ou la croûte. Une cheminee, ou conduit volcanique, relie cette chambre a la surface. L'ouverture en surface est le cratere principal, mais il peut exister des crateres adventifs sur les flancs. Les eruptions construisent l'edifice volcanique par l'accumulation des produits emis. Le magma lui-meme se forme par fusion partielle des roches du manteau superieur. Cette fusion peut etre declenchee par une decompression (aux dorsales), par l'apport d'eau qui abaisse le point de fusion (dans les zones de subduction) ou par l'augmentation de la temperature (points chauds). La composition chimique du magma initial depend de la roche source et du degre de fusion. En remontant vers la surface, le magma peut stagner dans des chambres, se melanger avec d'autres magmas ou incorporer des fragments de roches (xenolithes), et perdre ses gaz, ce qui modifie ses proprietes et influence le style eruptif final.
Les seismes : mecanisme et enregistrement
Un seisme est une vibration du sol provoquee par la rupture brutale des roches en profondeur le long d'une faille, apres une accumulation de contraintes tectoniques. Le point ou debute la rupture est le foyer (ou hypocentre). Sa projection verticale a la surface est l'epicentre, ou les vibrations sont generalement les plus fortes. L'energie liberee se propage sous forme d'ondes sismiques. Les ondes P (primaires) sont des ondes de compression, les plus rapides (environ 6 km/s dans la croûte). Les ondes S (secondaires) sont des ondes de cisaillement, plus lentes (environ 3.5 km/s) et ne se propagent pas dans les fluides. Arrivees en surface, elles generent des ondes plus complexes et destructrices, les ondes de Love et de Rayleigh. Pour mesurer ces vibrations, on utilise un sismographe. Son principe repose sur l'inertie d'une masse suspendue, qui reste quasi immobile tandis que le support (et le sol) vibre autour d'elle. Le mouvement relatif est enregistre sur un papier ou numeriquement, produisant un sismogramme. L'analyse des temps d'arrivee des differentes ondes sur plusieurs stations permet de localiser precisement l'epicentre et le foyer du seisme.
Mesure des seismes et repartition mondiale
La puissance d'un seisme est quantifiee par sa magnitude, une mesure objective de l'energie liberee au foyer, calculee a partir de l'amplitude des ondes enregistrees. L'echelle de Richter, developpee en 1935, est une echelle logarithmique : un accroissement d'une unite correspond a une multiplication par 30 de l'energie liberee. Ainsi, un seisme de magnitude 7 est environ 900 fois (30x30) plus energetique qu'un seisme de magnitude 5. L'intensite, mesuree par l'echelle MSK ou EMS, evalue quant a elle les effets et degats observes en un lieu donne ; elle decroit generalement avec la distance a l'epicentre. La repartition mondiale des seismes n'est pas aleatoire. Elle est etroitement correlee aux frontieres des plaques tectoniques. On observe des alignements sismiques tres denses le long des fosses de subduction (ceinture de feu du Pacifique), des dorsales oceaniques et des grandes failles continentales transformantes (comme la faille de San Andreas). Les seismes intraplaques sont plus rares mais peuvent etre puissants, comme celui de New Madrid aux Etats-Unis en 1811-1812. Cette distribution est une preuve majeure de la tectonique des plaques.
Risques, prevention et surveillance
Les risques volcaniques et sismiques sont majeurs pour les societes humaines. Les dangers volcaniques incluent les coulees de lave, les nuages ardents (coulees pyroclastiques), les chutes de cendres, les lahars (coulees de boue), les gaz toxiques et les tsunamis d'origine volcanique. Les dangers sismiques sont les vibrations du sol, les liquefactions, les glissements de terrain et les tsunamis. La prevention repose sur trois piliers : la surveillance, la prediction et la preparation. Les volcans sont surveilles par des reseaux de sismographes (pour detecter l'essaim de micro-seismes precedent une eruption), de capteurs de deformation du sol (GPS, tiltmetres), de cameras et d'analyseurs de gaz. Pour les seismes, la prediction precise a court terme reste impossible, mais la prevision probabiliste a long terme (zonage sismique) et l'alerte tsunami se sont developpees. La preparation implique l'information des populations, l'elaboration de plans d'urgence (evacuation, abris), la construction parasismique (batiments flexibles, isolement de base) et l'amenagement du territoire (interdiction de construire dans les zones les plus exposees). Ces strategies visent a reduire la vulnerabilite des enjeux humains et economiques.
Vocabulaire
Materiau rocheux en fusion, contenant des gaz dissous, qui se forme en profondeur dans le manteau ou la croute terrestre. Lorsqu'il atteint la surface, il est appele lave.
Produit solide emis par un volcan lors d'une eruption explosive. Ce terme regroupe les cendres (particules < 2 mm), les lapilli (2 a 64 mm) et les bombes volcaniques (> 64 mm).
Point a l'interieur de la Terre ou debute la rupture le long d'une faille, liberant l'energie a l'origine d'un seisme. Sa profondeur peut varier de quelques kilometres a plus de 700 km.
Ondes sismiques secondaires, de type cisaillement, qui se propagent moins vite que les ondes P. Elles ne peuvent pas traverser les milieux liquides, comme le noyau externe de la Terre.
Mesure quantitative de l'energie liberee au foyer d'un seisme, calculee a partir de l'amplitude des ondes enregistrees sur un sismographe. Elle est independante du lieu d'observation.
Coulee de boue volcanique destructrice, formee par le melange de cendres volcaniques et d'eau (pluie, fonte de glace, lac craterique). Elle peut parcourir de grandes distances dans les vallees.
