Aléas et risques volcaniques - LE SITE DE MATHIEU RODRIGUEZ

Aléas et risques volcaniques
Leçon de contre-option, agrégation SV-STU
Proposition de plan par : Mathieu Rodriguez, Pr. Agrégé SV-STU & doctorant istep-ens
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Introduction :
*Définitions :
Volcan : Point de sortie en surface d’un magma d’origine profonde. Caractérisé en général
par la présence d’édifices volcaniques. Un volcan est considéré potentiellement actif s’il a été actif au
moins une fois au cours des temps historiques. Attention au hors sujet : le volcanisme est différent du
magmatisme. Le volcanisme est la science qui étudie les modalités de l’arrivée du magma en surface
et la diversité de ses manifestations. Le magmatisme s’intéresse surtout aux modalités de fusion des
roches et de genèse des magmas. Dans le cadre de cette leçon, il n’est pas nécessaire de détailler les
processus de cristallisation fractionnée, de fusion partielle, et le fonctionnement des chambres
magmatiques, bien qu’on puisse y faire ponctuellement appel (la différenciation chimique des
magmas conditionnant en partie le régime éruptif).
Risque : dommage susceptible d’être subit par l’homme. C’est une notion anthropocentrique
(il est donc hors-sujet de traiter dans cette leçon du rôle du volcanisme dans les grandes extinctions).
Un risque se définit par son origine, sa nature, la façon dont il se propage, et dont il peut être
éventuellement réparé. Un risque est évalué selon sa probabilité, la gravité des dommages
occasionnés, et la connaissance que nous possédons de ce risque, connaissance qui nous permet d’y
faire face.
Risque = aléa * vulnérabilité.
Risque = probabilité * conséquence.
Magnitude : quantité d’énergie libérée par un phénomène.
Aléa : hasard, caractérise un phénomène imprévisible, dont nous ignorons les conditions
déterminantes. S’applique aussi à tout évènement dont nous savons qu’il se réalise dans certaines
conditions, mais dont nous ignorons si ces conditions sont réunies dans un cas bien précis. Quand ces
conditions nous échappent, on utilise une loi de probabilité : un évènement aléatoire est alors
considéré comme un évènement qui obéit à une loi de probabilité. Un dernier sens du mot hasard :
un évènement est fortuit lorsqu’il ne peut être prédit par une théorie.
Vulnérabilité : quantité de vies humaines perdues ou de dommages économiques estimés
pour une région donnée.
*L’activité volcanique à la surface du globe :
 Carte du volcanisme mondial : différents contextes volcaniques. Nous focalisons cette leçon
sur les volcans intra-plaques de type « point chaud » (alcalin) et les volcans appartenant à la série

calco-alcaline, au niveau des zones de subduction. En raison de leur mode d’éruption effusif, et de
leur position lointaine vis-à-vis des populations, exclure les volcans des dorsales médio-océaniques
du sujet.
 Intensité du risque volcanique par rapport aux autres risques : le risque volcanique concerne
½ milliard d’humains. Pays le plus soumis à ce risque : l’Indonésie.
Intensité relative des principaux risques naturels (doc p9 in « Les risques
naturels majeurs », Schneider & Lefèvre)
Problématique :
Maîtriser l’aléa volcanique, c’est comprendre les conditions initiales déterminant le régime
éruptif. Cet objectif nécessite une première étape d’identification des risques potentiels associés à
l’activité volcanique. A partir de l’étude (non exhaustive) d’exemples historiques, nous identifierons
les différents processus associés à l’activité volcanique et les risques associés. Via l’autopsie de
l’éruption de la Montagne Pelée (en 1902), nous montrerons que divers processus volcaniques (et
associés) se succèdent au cours d’une même crise volcanique. Nous mettrons ainsi en évidence la
diversité des risques, mais aussi la diversité des dégâts et des pertes qui leur sont associés.
Dans une deuxième partie, nous étudierons les paramètres physiques qui permettent
d’expliquer la diversité des processus volcaniques et les changements de régimes éruptifs pour un
même volcan. Ceci à partir d’une dissection détaillée du système volcanique, depuis la source du
magma jusqu’à l’éruption et ses diverses conséquences.
Cette approche à la fois naturaliste et physique des phénomènes volcaniques nous permettra
in fine de comprendre les stratégies de prévision mises au point par les volcanologues au cours du
20° siècle. Par contraste avec l’éruption de la montagne Pelée en 1902, nous exposerons comment

les progrès réalisés au cours du 20° siècle ont permis de gérer la crise du Pinatubo en 1991, et
d’éviter la perte de milliers de vies.
Comme souvent en géologie, l’étude du passé se révèle être la clef du présent : ainsi nous
verrons comment l’étude de l’enregistrement sédimentaire des phénomènes extrêmes permet de
mettre en évidence la récurrence des évènements volcaniques et de reconstituer un calendrier des
éruptions passées. En guise d’ouverture, nous discuterons de la nature aléatoire du volcanisme, et
des facteurs qui, aux différentes échelles de temps (historique et géologique) contrôlent son activité.
1) L’activité volcanique : diversité des processus associés.
Il existe deux types principaux d’éruptions : les éruptions effusives et les éruptions explosives. Les phénomènes
sont dans cette partie abordés du point de vue du naturaliste ; leur physique est détaillée en 2.
a. L’éruption de la montagne Pelée en 1902 : un exemple de la diversité des
phénomènes pouvant se succéder au cours d’une même crise volcanique.
(Alternative : vous pouvez, à partir de l’étude de la carte géologique de la chaîne des puys (Clermont-Ferrand),
ou de la Réunion, ou d’une île des Antilles, mettre en évidence la diversité des phénomènes qui se sont déroulés
au cours de l’histoire de ces volcans …)
 Une éruption n’est pas un phénomène ponctuel comme un séisme : elle peut s’étendre sur
plusieurs jours, voire plusieurs années (ex. Mont St Helens), avec des phases +/- intenses, et
une succession de divers processus +/- dangereux.
 Au cours de l’éruption de la montagne Pelée se sont succédés –par ordre chronologique-
tous les phénomènes suivants : fumerolles, émission H2S, explosions phréatiques, émission
de cendres, de pyroclastes… La caldeira du volcan a été remplie d’eau en raison de fortes
précipitations, ce qui a favorisé le phréato-magmatisme… S’en sont suivis des lahars, un
tsunami. La crise s’est terminée par l’émission d’un dôme de lave.
Photo de l’aguille de dacite de la Montagne Pelée

b. Diversité des mécanismes éruptifs primaires
 Les colonnes éruptives : panache composé de gaz et de fragments magmatiques qui s’élève
dans l’atmosphère. A l’altitude maximale (env. 30 km) la densité du mélange est en équilibre
avec celle de l’atmosphère. Le mélange s’étale alors sur de vastes distances (jusqu’à plusieurs
centaines de km). C’est pourquoi on peut trouver des cendres à des centaines de km de
volcans. Lorsqu’une colonne éruptive est formée, on parle d’éruption plinienne, en référence
à l’éruption du Vésuve en 79.
 Les coulées pyroclastiques : contrairement au cas précédent, la colonne éruptive ne dépasse
pas quelques km, et le panache éruptif s’écroule sous son propre poids. Sous l’action de la
gravité il s’écoule alors sur les flancs du volcan à grande vitesse (100-300 m/s). La
propagation de ces écoulements s’affranchit des barrières topographiques naturelles. Les
écoulements pyroclastiques sont certainement les phénomènes volcaniques les plus
dangereux. Ils regroupent les phénomènes de coulées de ponces et de nuées ardentes.
*Les coulées de ponce sont le plus souvent formées par l’effondrement de caldeiras
(=chaudron en portugais) : dans ce cas une partie de l’édifice volcanique s’écroule sur la
chambre magmatique, qui se retrouve sur-pressurisée : le liquide magmatique,
incompressible, fuit alors par les fractures formées par la caldeira et alimente les coulées de
ponce. Les coulées de ponce sont à l’origine des ignimbrites.
*Les nuées ardentes sont souvent formées par l’effondrement de dôme volcanique.
Leur séquence de dépôt s’apparente à une brèche.
Photo de l’éruption du Mont Saint Helens en 1980, à l’origine d’une coulée
pyroclastique
 Le phréato-magmatisme : le contact de l’eau liquide (pluie, ou contenue dans les roches)
avec le magma entraîne la vaporisation brusque de l’eau et la pulvérisation d’une partie de

l’édifice. Le phréato-magmatisme forme des déferlantes basales, sorte de nuage
extrêmement turbulent qui sculpte le sommet du volcan sous la forme de maars, comme
observé dans la chaîne des Puys.
 Explosion strombolienne : lorsque le magma est riche en gaz, des poches de gaz remontant à
la surface éclatent et projettent du magma aux alentours.
 Les fontaines de lave ; Les coulées de lave : Pahoehoe (en corde), aa (ex. Hawaï). Risques
associés mineurs.
Photo d’une coulée pahoehoe pétrifiée sur l’île de la Réunion (gauche) ; fontaine de lave sur
l’île de Kilauea, Polynésie (droite).
c. Diversité des phénomènes associés aux éruptions volcaniques
 Lahar : coulée de boue formée par les cendres volcaniques et déclenchée par des pluies
torrentielles.
A gauche : Photo du Lahar déposé suite à l’éruption du Merapi en 2006 et aux
pluies de mousson qui ont suivi.
A droite : photo d’une avalanche de débris dans le Cantal (Clichés M. Rodriguez)
 Déstabilisations gravitaires des flancs des volcans & avalanches de débris. Ex. du Cantal, du
Mt St Helens en 1980.