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 16 Eugen Rusu 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 Volcanisme et systèmes géothermales en Nouvelle-Zélande 17 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. Lucrările Seminarului Geografic “D. Cantemir” nr. 29, 2009 18 Eugen Rusu 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) Lucrările Seminarului Geografic “D. Cantemir” nr. 29, 2009 Volcanisme et systèmes géothermales en Nouvelle-Zélande - 19 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 Lucrările Seminarului Geografic “D. Cantemir” nr. 29, 2009 20 Eugen Rusu 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 Volcanisme et systèmes géothermales en Nouvelle-Zélande 21 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. Bibliographie Aittken J.J. (1999), Rocked and ruptured: geological faults in New Zealand, Auckland. Cave M.P., Lumb J.T. and Clelland L. (1993): Geothermal Resources of New Zealand. Resource Information Report 8, Energy and Resources Division, Auckland. Cox, G.J. (1989): Fountains of Fire: The Story of Auckland’s Volcanoes. William Collins Publishers Ltd, Auckland. Heisse W., Bibby H.M., and Caldwell T.G. 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