Pourquoi les volcans des zones de subduction sont-ils les plus dangereux sur Terre ?

Pourquoi les volcans des zones de subduction sont-ils les plus dangereux sur Terre ?

L’aléa volcanique est étroitement lié aux styles éruptifs. Quelles sont alors les causes de dangerosité d’une éruption ?
Les laves émises lors d’éruptions volcaniques ont une chimie et une température différentes selon le contexte géodynamique (subduction, dorsale ou point chaud) et selon l’importance de cristallisation fractionnée que subit le magma en profondeur avant de parvenir en surface. Le paramètre physico-chimique qui va contrôler le dynamisme éruptif, et donc une bonne partie de l’aléa volcanique, est la viscosité dynamique des laves.
Pour le cas des Antilles, les magmas provenant du processus de subduction sont relativement visqueux. Néanmoins, les interactions eau/magma, les interactions eau météorique/sédiment, les émanations de gaz et la stabilité des flancs du volcan constituent une part supplémentaire des aléas associés.
Un moyen partiel de quantifier l’aléa volcanique est aujourd’hui connaître le Volcanic Explosivity Index (VEI), même si cet indice ne donne pas une image complète de l’aléa auquel peuvent être soumis les différents secteurs géographiques autour d’un volcan (cf. partie 2 : Evaluation du risque / 2.1. Magnitude et Fréquence d’un aléa).

Ordre de grandeur de la viscosité (en Poise) de plusieurs types de laves.

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Commentaire : on débute avec un basalte qui est une lave peu différenciée relativement fluide à une rhyolite qui est très différenciée et très visqueuse. L’eau, la glace, l’huile et les roches du manteau terrestre sont indiquées comme référence. 
Crédits: C. Verati.


La viscosité d’un magma est largement contrôlée par sa température et sa composition chimique. L’effet de la température sur la viscosité est intuitif. Comme pour la plupart des liquides, plus la température est haute plus le magma devient fluide et ainsi voit sa viscosité baisser. C’est alors essentiellement sous forme de coulées de lave fluides que s’exprimera la dynamique éruptive.
La composition chimique du magma joue un rôle clef dans la détermination de la viscosité. La résistance d’un magma face à l’écoulement est fonction de ses frictions internes provenant des différentes liaisons chimiques à l’intérieur du liquide. La liaison Si-O constitue le facteur le plus important pour le degré de viscosité d’un magma. Les laves qui seront donc riches en silice seront plus visqueuses. La richesse en silice des magmas parvenant en surface dépend du degré de différenciation des laves en profondeur.
Ce degré de différenciation définit une série magmatique : pour des magmas créés dans un contexte de subduction on parle de série andésitique, pour les magmas en contexte de point chaud on parle de série alcaline (fig.suivante). Au fur et à mesure de la différenciation par cristallisation fractionnée du magma dans des chambres magmatiques sous les édifices volcaniques, les laves arrivant à la surface deviennent de plus en plus riches en silice et sont donc de plus en plus visqueuses (fig. suivante).

Lien entre la chimie d'une lave (teneur en alcalins vs teneur en SiO2), sa viscosité et son dynamisme éruptif associé.

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Commentaire : la série andésitique des zones de subduction est représentée avec son cortège de roches (basalte, andésite, dacite, rhyolite), ainsi que la série alcaline des points chauds (basalte, trachy-andésite, trachyte…)
Crédits: C. Verati.


Ajouté à la viscosité, la teneur en gaz d’un magma va être un facteur primordial dans la dangerosité des éruptions. Au niveau des zones de subduction, lorsque la fusion partielle dans le manteau a lieu de l’eau et du CO2 s’ajoutent au magma formé. Ces fluides gazeux sont apportés notamment par les sédiments recyclés dans le manteau et/ou par la déshydratation de la lithosphère océanique en profondeur lors du processus de subduction. Cette fusion partielle se déroulant en profondeur (de l’ordre de 100 km), donc à haute pression, ces gaz sont en premier lieu dans le magma sous forme dissoute. Lors de l’ascension de la lave, la pression diminue car le poids des roches au dessus de la lave est de moins en moins fort.
Lorsque la pression devient assez faible, ces gaz dissous (H2O et CO2) s'exsolvent par décompression sous forme de bulles dont le devenir est fonction de la viscosité du magma. Si la lave est peu visqueuse (pauvre en silice), les bulles de gaz remontent rapidement et facilement à la surface. La lave qui a dégazé remonte tranquillement et s’épanche doucement sur les pentes du volcan. On a alors un volcanisme peu explosif (type effusif).
Par contre, si la lave est visqueuse, les bulles de gaz restent prisonnières de la lave. Lors de la remontée de cette lave visqueuse, les gaz emprisonnés sont non loin de leur pression initiale, car leur dilatation lors de la décompression est fortement retardée en raison de la forte viscosité de la lave. Quand la surpression gazeuse est trop forte dans la lave en train de remonter, il y a une éruption explosive dont la violence est proportionnelle à la quantité de gaz accumulée.
La chimie des laves (SiO2) et les gaz (H2O et CO2) contrôlent donc la dynamique éruptive et ainsi une bonne part de l’aléa. De nombreux volcans actifs peuvent changer de type éruptif au cours de leur histoire géologique ou même en cours d'éruption. Néanmoins, les volcans les plus dangereux restent ceux des zones de subduction, avec un indice VEI fort.

Définition

Processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque

Définition

Etude de la dynamique des enveloppes externes et internes de la Terre

Définition

Processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque

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Roche à l’état liquide

Définition

Capacité d'un fluide à s'écouler (coefficient de proportionnalité de la force s'appliquant entre deux couches de vitesses différentes d'un fluide)

Définition

Roche à l’état liquide

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Processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque

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Eau de surface (précipitations, ruissellement, etc)

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Roche volcanique sombre à structure microlitique, composée essentiellement d’un verre amorphe, de petits minéraux en forme de baguette (microlithes) et de phénocristaux (feldspath plagioclase, pyroxène, olivine)

Définition

Roche volcanique claire à structure microlitique, composée essentiellement d’un verre amorphe, de petits minéraux en forme de baguette (microlites) et de phénocristaux visibles à l’œil nu (quartz, feldspaths potassique et plagioclase)

Définition

Roche à l’état liquide

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Minéral de formule SiO2

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Processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque

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Famille de roches magmatiques (andésites, dacites, rhyolites) formées à partir d’un magma

Définition

Famille de roches magmatiques (basltes, andésites, trachytes) formées à partir d’un même magma, caractéristique des zones intraplaques.

Définition

Famille de roches magmatiques (andésites, dacites, rhyolites) formées à partir d’un magma

Définition

Processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque

Définition

Roche volcanique sombre à structure microlitique, composée essentiellement d’un verre amorphe, de petits minéraux en forme de baguette (microlithes) et de phénocristaux (feldspath plagioclase, pyroxène, olivine)

Définition

Roche volcanique de couleur intermédiaire à structure microlitique, composée essentiellement d’un verre amorphe, de petits minéraux en forme de baguette (microlithes) et de phénocristaux (feldspath plagioclase, amphibole, biotite, pyroxène)

Définition

Roche volcanique sombre à structure microlitique, composée essentiellement d’un verre amorphe, de petits minéraux en forme de baguette (microlites) et de phénocristaux (quartz, feldspath plagioclase, biotite, pyroxène)

Définition

Roche volcanique claire à structure microlitique, composée essentiellement d’un verre amorphe, de petits minéraux en forme de baguette (microlites) et de phénocristaux visibles à l’œil nu (quartz, feldspaths potassique et plagioclase)

Définition

Famille de roches magmatiques (basltes, andésites, trachytes) formées à partir d’un même magma, caractéristique des zones intraplaques.

Définition

Roche volcanique de composition intermédiaire entre le trachyte et l'andésite.

Définition

Roche volcanique sombre à structure microlitique, composée essentiellement d’un verre amorphe, de petits minéraux en forme de baguette (microlites) et de phénocristaux (feldspaths potassique et plagioclase, quartz)

Définition

Processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque

Définition

Partie superficielle et rigide de la Terre divisée en un certain nombre de plaques tectoniques. Elle est constituée par la croûte et la partie superficielle du manteau supérieur.

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Processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque

Définition

Lorsque les gaz dissous dans le magma sont libérés lors de la décompression liée à la montée du magma vers la surface.

Définition

Minéral de formule SiO2

Définition

Caractérisé par des coulées de laves fluides

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Processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque

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