Volcanisme et systèmes géothermales en Nouvelle

SEMINARUL GEOGRAFIC “D. CANTEMIR” NR. 29 / 2009
Volcanisme et systèmes géothermales en Nouvelle-Zélande
Eugen Rusu
Abstract
The volcanic activity, earthquakes, tectonic faults and displacements of rocks modify
the relief to a great extent suddenly, causing risks and natural hazards carefully monitored. The
volcanic activity is accompanied by an extraordinary geothermal activity, as well as numerous
hot sources, geysers, emanations of vapours and gases, muddy volcanoes, deposits of
sedimentation of mineral charges, etc. The physical-chemical characteristics of thermal waters,
by definition out of the ordinary, are the result of a consistent underground circulation. The
water-rock contact, characterised by an active thermal hydrology, is visible due to high
temperatures, gas mineral elements content, the pressure and the flow that the geysers develop.
One can distinguish three systems of geothermal activity: recent systems, having an intense
activity, associated with the current volcanic activity; systems associated with pre-quaternary
volcanic activity, having a periodical activity; isolated systems, associated with the faults.
Keywords: volcanic activity, geothermal activity, geothermal systems
Introduction
La Nouvelle Zélande est un pays remarquable pour son volcanisme et pour les
phénomènes associés. Les activités volcaniques sont présentes dans toutes les régions
de l’île du Nord, de La Baie des îles, au Mt. Egmond et ponctuellement dans l’île du
Sud.
La Nouvelle Zélande est un pays unique, éloigné et poussé par la dérive des
continents aux antipodes, d’où il offre un modèle du singulier, un fragment de
civilisation britannique authentique transféré au-dessous du monde. C’est un groupe
insulaire avec des traits spécifiques, résultés d’un coté d’une évolution morphotectonique particulière, et de l’autre coté d’une évolution sociale récente.
Avec une largeur de maximum 200 km, l’archipel se déchire sur une longueur
de 2000 km, entre 34º et 47º de latitude Sud, latitudes comparables à celles de l’île
Crète et de la frontière du nord de la Roumanie. Le hasard de la tectonique des plaques
a disloqué les deux îles du supercontinent Gondwana il y a quelque 85 millions
d’années, mais la localisation de ces dernières est différente: l’île du Nord appartient à
la plaque australienne et l’Ile du Sud à celle pacifique. Mais la jonction entre le
plaques se réalise aussi d’une manière différente: la plaque pacifique est en subduction
active sous la plaque australienne aux marges est de l’île du Nord, en temps que l’île
du Sud est tranchée par la faille alpine au long du contact tectonique qui traverse la
province Otago et la marge ouest de Fiordland. De cette organisation tectonique
résulte une série de traits morpho-structuraux différents et une exceptionnelle activité
volcanique et géothermale.
Le relief a une ossature montagneuse nette dans l'Ile du Sud, où les Alpes néozélandais présente un relief glacier récent, avec des formes typiques, ayant des traites
géomorphologique exceptionnelle des vallées trapézoïdales, des fjords, des cirques
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complexes, des morènes, des seuils, des versants striés, des crêtes découpées
géométriquement sur des angles dièdres et de nombreux lacs glaciers et de barrage
morainique. Les Alpes néo-zélandais forment la colonne montagneuse de l’île du Sud,
en culminant à 3754 m dans le Mt. Cook, portant 160 glaciers qui descendent de 18
pics situés au-dessus de 2000 m altitude. L’érosion actuelle, soutenue par des
précipitations abondantes, a colmaté la Vallée Motueka, un ancien fjord, en
construisant à sa place une vallée émerse où la rivière s’écoule en méandre dans le lit
de ses propres alluvions. Les paysages intactes de l’Ile du Sud, avec ses rares
représentations à l’échelle mondiale, sont soucieusement conservés par les habitants,
préoccupés par le maintien d’un équilibre stable entre la croissance démographique,
l’action humaine et l’évolution naturelle des écosystèmes.
L’île du Nord (l’île fumante), tranchée par de nombreuses failles et affectée par
le volcanisme récent, a été compartimentée dans des horsts, des blocs volcaniques et
des zones dépressionnaires, mettant en évidence la discontinuité du relief. Les
altitudes dépassent rarement 1000 m, à l’exception de quelques sommets volcaniques.
Dans le plateau central volcanique s’élève à 2797 m le Mt. Ruapehu, le plus haut point
de l’île du Nord. Mais l’attraction volcanique principale de l’île reste le Mt. Taranaki
(Egmond), avec sa silhouette du cône parfaite.
Le volcanisme récent
Les plus fortes éruptions catastrophiques se sont déroulées à plusieurs reprises
pendant le Quaternaire et elles n’ont engendré que des cônes, mais des caldeiras
immenses occupées par des lacs : Rotorua, Taupo, Okataina.
Les vagues incandescentes de lave ont formé des plateaux volcaniques
constitués d’ignimbrites qui s’étendent sur des milliers de km². Dans ses points
brûlants, le volcanisme a édifié des stratocônes andésitiques et riolitiques
spectaculaires avec une géométrie peu façonnée par l’érosion ultérieure. Les plus
représentatifs cônes sont protégés dans le Parc National Tongariro (Tongariro,
Ngauruhoe, Ruapehu), mais le plus remarquable par ses dimensions et par la
perfection du cône est le volcan Taranaki (Mt. Egmont). Même la ville Auckland est
construite sur un plateau volcanique formé il y a 50000 ans, mais aussi avec des
effusions déroulées très récemment, il y a 600 ans. Le plateau Auckland est percé par
63 volcans de dimensions différentes, parsemés sur 360 km². C’est un volcanisme
d’actualité souligné par des éruptions de petite taille, qui ont construit de nombreuses
formes andésitiques, conservés en tant que témoins d’érosion au fonds des volcanites
sédimentaires de type téphra. Les volcans néo-zélandais (la plupart des stratovolcans)
sont alignés à la Ceinture du Feu (Ring of Fire) du Pacifique et les éruptions
poursuivent même de nos jours.
L’histoire récente du pays consigne de nombreux désastres dus aux coulées de
lahars, aux gazes toxiques, aux dépôts de cendre ou pyroclastites. Dans la caldeira
Taupo, une éruption de grande dimension, précisément datée en 200 après JésusLucrările Seminarului Geografic “D. Cantemir” nr. 29, 2009
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Christ, a formé un cratère immense ou se sont accumulés les eaux du lac homonyme.
Le long du temps, les dimensions du plus grand lac de la Nouvelle Zélande ont
augmenté grâce au bilan hydrique positif (il a une superficie de 616 km² et une
profondeur de maximum 165 m) et l’accumulation occupe aujourd’hui la partie
centrale de la caldeira.
En 1868, le volcan Tongariro a eu des éruptions violentes (il a formé Te Maari
Crater) et les tremblements de terre qui les a accompagnées ont provoqué de
nombreux glissements de terre et des dérochements qui ont épouvanté les habitants.
L’année 1886 consigne une des plus grandes et des plus destructrices éruptions, celle
du volcan Tarawera, qui a jeté du lava à 10 km de hauteur et qui a détruit quelques
villages maori, enregistrant des nombreux victimes.
En 1945, une éruption massive du volcan Ruapehu a disloqué des quantités
immenses de produits volcaniques et a formé une cavité énorme, The Crater Lake de
300 m de profondeur, remplie ultérieurement avec l’eau des précipitations. L’érosion
facile sur les versants internes du cratère a colmaté le lac et les sédiments ont élevé
progressivement le niveau de l’eau. En 1953, suite à des pluies torrentielles répétées,
le niveau de l’eau a augmenté avec plus de 8 m, la crête du cratère a cédé et le
débordement a entraîné une quantité énorme d’eau, avec une charge solide
anormalement grande. La boue fluide (un lahar froid) a surpris un train sur le pont de
la rivière Whangaehu et l’ont fragmenté, provoquant la mort de 151 personnes. Les
hautes eaux boueuses ont été tellement fortes que certains wagons ont été transportés
dans le lit de la rivière plus de 10 km. La dernière éruption du Mt Ruapehu, le 26
septembre 2007, a jeté pendant 10 minutes des quantités énormes de gazes et cendres
volcaniques, mais c’était justement un tressaillement qui prévoit, probablement, une
éruption imminente plus forte. La dernière éruption de White Island a été le 15 août
2000, et celle du volcan Kuirau le 26 janvier 2001.
Le volcanisme, les tremblements de terre, les failles et les dérochements massifs
modifient brusquement le relief en détail, déterminant des risques et des hasards
naturels attentivement monitorisés.
L’activité géothermale
Le climat de la Nouvelle Zélande est humide et des quantités importantes
d’eaux météoriques s’infiltrent dans les nappes souterraines. L’activité volcanique est
qvasi-permanente et certains sacs de magma n’arrivent pas à la surface en conservant à
l’intérieur de la croûte supérieure des températures de centaines degrés et en
réchauffant et bouillant l’eau des nappes profondes. Lorsque l’eau d’infiltration, plus
froide et plus dense, arrive aux nappes de profondeur, elle s’installe au fond des
bassins aquatiques souterraines en poussant, sous pression, l’eau bouillante de la partie
supérieure du bassin vers la surface.
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On a constaté également que du magma liquide subsiste dans des chambres
souterraines et l’eau de précipitations percolent les failles des caldeiras ou les fractures
d’éruptions volcaniques. Lorsque les eaux arrivent aux profondeurs, elles se
réchauffent au contact du magma et la pression formée par la vaporisation instantanée,
jette l’eau bouillante vers la surface terrestre. Ainsi, le volcanisme est accompagné
d’une activité géothermale spectaculaire, avec de nombreuses sources chauds, geysers,
émanations de vapeurs et de gazes, volcans boueux, dépôts de précipitation des
charges minérales, etc. Les caractéristiques physico-chimiques des eaux thermales,
tout à fait exceptionnelles, sont le résultat d’une circulation souterraine soutenue. Le
contact eau/roche, d’une hydrogéologie thermale active, est reflété par les
températures élevées, le teneur en gaz et éléments minérales, la pression et le débit qui
développe des geysers.
Typologiquement, dans l’Ile du Nord on distingue trois systèmes d’activité
géothermale:
Fig.No. 1. Le champs géothermal Taupo-Rotorua (Source New
Zealand Journal of Geology)
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des systèmes récents, avec une activité intense, associés au volcanisme
actuel;
- des systèmes associés au volcanisme pré quaternaire, avec une activité
périodique;
- des systèmes isolés, associés aux failles.
Les phénomènes les plus actifs et les plus intéressants associés au volcanisme
actif sont groupés en cinq aires protégées, considérées de signification internationale:
Rotorua, Waimangu, Waiotapu, Whakaari (White Island) et Ketetahi.
Le complexe volcanique Rotorua est un des plus grands et des plus intéressants
par la variété des formes et des processus associés pour former un champ géothermal
avec de rares équivalences dans le monde. Les plus importantes sources géothermales
sont localisées au sud du lac Rotorua, dans la caldeira homonyme et appartiennent
dans la même mesure aux phénomènes associés au volcanisme pré quaternaire et à
celui actuel.
Des paysages d’une beauté rarement rencontrée, combinent les formes de relief
volcaniques avec les fumerolles omniprésentes, les geysers qui jaillissent
régulièrement, les volcans boueux qui offrent l’image des imitations à l’échelle
miniaturale et les terrasses des geysers déposées dans des couches successives, des
couleurs et des formes inhabituelles. Tout est assemblé sur le fond de forets
ancestraux, avec des espèces d’arbres exotiques des Iles du Sud, parmi lesquels les
fougères arborescentes, qui rappellent les débuts des écosystèmes forestiers
paléozoïques.
Les principaux phénomènes et les attractions de la zone Rotorua sont concentrés
dans le système Whakarewarewa, avec quelque 500 sources chaudes alignées dans la
direction nord-sud, drainées partiellement par une rivière chaude, accompagné par des
vapeurs d’eau chaude. Après l’éruption de 1886 du volcan Tarawera, les failles
générées par les tremblements ont ouvert de nouvelles sources thermales, parmi
lesquelles deux geysers devenus célèbres et symboliques: Pōhutu et Prince of Wales.
Le geyser Pōhutu jaillit régulièrement à des intervalles d’environ une heure, en jetant
des colonnes d’eau bouillante et des vapeurs à des hauteurs de 15-20 m, offrant un
spectacle inégalable, surtout pendant la nuit. L’orifice d’évacuation de l’eau bouillante
(entre 120 et 200°C) est contourné par des terrasses des geyserite disposées en
cascades, façonnées par l’eau écoulée avec intermittence.
Prince of Wales, situé dans la proximité, jaillit à des intervalles et à des hauteurs
plus petites, étant nommé en honneur de la famille royale britannique, en visite dans la
région durant l’éruption du volcan Tarawera. (Les phénomènes ont réussit à fasciner la
reine Elisabeth II, connue pour sa tenue et surtout pour son style immuable et
impénétrable).
Une des aires géothermales les plus fameuses de l’alignement Taupo –
Rotorua est à Rotomahana, proche du volcan Tarawera. Un complexe de sources
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thermales, geysers, fumerolles et lacs brûlants avec des terrasses de geyserite, dans
une chromatique inhabituelle de rouge, orange, rose et blanc, en différents tonalités et
combinaisons, constitue une des principales attractions de l’Ile du Nord.
L’éruption du volcan Tarawera en 1886 a couvert partiellement certaines
sources et geysers, mais a ouvert d’autres failles d’éruption ou de jaillissement des
eaux thermales. Ainsi, Waimangu Geyser, qui jaillissait constamment et dont la
colonne d’eau montait à 200 m, a été détruit par l’apparition d’un cratère qui abrite à
présent Waimangu, „boiling lake” (le lac à l’eau bouillante). Les sources chaudes de
Tokaanu sont parsemées sur une aire de quelque 20 ha au sud du Lac Taupo et se
remarquent par la présence de concentrations importantes de composés du soufre.
Leurs qualités thérapeutiques sont mises en valeur localement, dans une base de
traitement et sont très appréciées par les habitants et par les touristes en même temps.
D’autres sites géothermiques importants, valorisés touristiquement et
énergétiquement sont localisés dans les vallées des rivières Wairakei (Geyser Valey),
Waikato (Orakeikorako, Rotokawa) ou le long de la faille Paeroa (Te Kopia, Waikite).
Utilisations de l’offre thermale
Dans le système géothermal Taupo – Rotorua il y a plus de 900 points
d’exploitation des eaux chaudes, mais couramment on met en valeur environ 300
captages. Les eaux thermales alimentent les systèmes de production d'énergie
électrique et thermique de nombreuses localités (Geyser Valey produit 150 Mw) et
après, elles sont utilisées pour leurs vertues thérapeutiques dans des salons de type
SPA, très appréciées par les touristes. Les eaux thermales sont utilisées pour le
traitement des maladies digestives, métaboliques, en hydrothérapie, détente et remise
en forme. Certains traitements concernent le combat de l’obésité et de la poids supra
pondérale, très sollicités dans les conditions du sédentarisme actuel et du style
d’alimentation. Mais le soin pour la protection et la conservation fonctionnelle de la
nature néo-zélandaise (32% du territoire est protégé sous diverses formes) a déterminé
une diminution continue des exploitations.
Contraintes d’exploitation
L’impact sur l’environnement des exploitations des sites géothermales est
dépendent des caractéristiques et des dimensions du champ et aussi de la voie et les
proportions d’exploitation. L’extraction massive de l’eau chaude et le hasard
volcanique ont déterminé la diminution des débits et des points d’éruption. De
quelques 200 geysers existants en 1950 sur le territoire de l’île du Nord, aujourd’hui
en existent 50 environ. Les champs de Wairakei et de Tauhara ont connu la
descendance continue du niveau et de pression des eaux chaudes. Suite aux
exploitations, certains terrains de Wairakei ont subi, par la deprésurisation du
gisement, une subsidence de 15 m. Dans ce contexte, Rotorua GeotherLucrările Seminarului Geografic “D. Cantemir” nr. 29, 2009
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mal Management Plan prévoit de limiter l’exploitation et de réinjecter les eaux
utilisées dans les bassins souterraines.
La charge minérale des sources thermales est déposée naturellement en
formant des splendides accumulations ou terrasses de geyserite. Mais, la charge
minérale de l’eau thermale provoque d’une part, la corrosion des pipe-lines et d’autre
part la déposition des sels minéraux dans l’intérieur des tubes, en diminuant le
diamètre utile de transport. Parfois, les taux de concentration de certains éléments
chimiques des eaux thermales dépassent les limites acceptables. C’est le cas de la
rivière Taupo, où la proportion d’arsénique avait des taux de concentration
indésirables, mais suite aux mesures de décontamination le problème est résolu.
On note encore les risques auxquelles sont exposés les touristes imprudents,
mais une excellente surveillance et l’organisation impeccable des visites des sites
géothermales ouverts au grande publique ont annulé la possibilité d’accidents.
La Nouvelle-Zélande est le pays des toponymes avec des sonorités maori et des
paysages qui ravissent. Le volcanisme et les phénomènes adjacents, l’intense activité
glaciaire quaternaire, la néo-tectonique active, les processus géomorphologiques
actuels et le climat ont créé des paysages naturels d’une complexité particulière.
L’association inégalable d’un complexe d’éléments (l’océan, les lacs, les fjords,
les glaciers, les volcans, les lignes morphologiques majestueuses, les forets du Sud, les
colonies d’oiseaux et des mammifères marines) combinés et multipliés, ont modelé et
ont concentré des images avec des rares équivalences au niveau mondial.
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