Introduction générale

Introduction générale

Introduction générale
En dehors des périodes éruptives, les manifestations volcaniques se limitent à
des fumerolles et des sources chaudes qui reflètent la circulation des fluides au sein de
l'édifice volcanique dans un système hydrothermal. L'évolution du degré de dégazage
des fumerolles ou de la composition des sources thermales peut servir à déceler des
changements intervenant dans le système volcanique-hydrothermal. L'étude des
caractéristiques physico-chimiques des fluides émis à la surface est donc utile pour
obtenir une meilleure compréhension du fonctionnement de ce système volcanique-
hydrothermal. Il est d'autre part essentiel de développer de nouvelles méthodes de
surveillance géochimique afin d'améliorer la détection précoce ("early warning") de
changements pouvant intervenir en profondeur dans l'édifice volcanique (remontée de
magma frais).
Les deux volcans étudiés dans le cadre de ce travail, le Papandayan et le Kelud,
possèdent un large système hydrothermal. Le Papandayan a connu de nombreuses
éruptions phréatiques dont la dernière date de novembre 2002. Le lac volcanique du
Kelud a eu deux montées en température en 1996 et en 2001 et sa dernière éruption
magmatique date de 1990. Ces changements dans l'activité volcanique et
hydrothermal n'ont cependant pas été suivis par des éruptions magmatiques
contrairement à ce qui s'est produit notamment au Pinatubo (Stimac et al, 2004), à la
Soufrière de Montserrat (Chiodini et al., 1996) ou au Mt St Helens (Cashman and
Hoblitt, 2004). Dans d'autres sites, comme au Galeras (Fisher et al., 1997) et au
Nevado del Ruiz (Giggenbach et al., 1990), l'éruption magmatique n'a pas été
précédée par une activité phréatique, bien que sous ces édifices volcaniques un
système hydrothermal soit présent. Le Papandayan et le Kelud sont des volcans situés
dans des zones à très forte densité de population, ce qui démontre l'importance
d'améliorer les techniques de surveillance afin de prévoir les éruptions futures,
qu'elles soient phréatiques ou magmatiques. Cet objectif ne peut être atteint qu'avec
une connaissance approfondie du fonctionnement de ces systèmes hydrothermaux.
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Introduction générale
Les systèmes hydrothermaux
Les systèmes hydrothermaux se forment dans des environnements variés (Goff
and Janik, 2000) mais sont plus actifs dans des environnements où la source de
chaleur provient d'intrusions magmatiques (Henley, 1985). Nos connaissances de ces
systèmes hydrothermaux ont bénéficié des travaux liés à l'exploitation minière
(Stoffregen, 1987; Hedenquist and Henley, 1985; Hedenquist et al., 1998) et à
l'exploitation géothermique (Henley et al., 1984; Hochstein and Sudarman, 1993;
Utami, 2000).
Un système hydrothermal est un système complexe alimenté par une source de
chaleur, la recharge par des eaux météoriques et la roche hôte ou réservoir (figure 1).
- la source de chaleur magmatique engendre généralement des systèmes ayant un fort
gradient thermique (de 350 à 100 °C à une profondeur inférieure à 8 km).
- l'eau météorique qui s'infiltre en profondeur dans le système à travers des zones
perméables est réchauffée et peut se mélanger aux gaz magmatiques. Les fluides
remontent ensuite par convection. Le temps de résidence des fluides dans le système
hydrothermal peut être très variable, de 100 à 1000 ans en moyenne (Rybach, 1981).
- les roches contenues dans le système hydrothermal réagissent et se rééquilibrent
progressivement avec les fluides. Suivant la composition de la roche et les
caractéristiques physico-chimiques des fluides, différents types de minéraux
d'altérations peuvent se former. Cette circulation de fluides peut également engendrer
des minéralisations avec la précipitation d'Au, Ag, Zn, Pb à certains niveaux du
système (Giggenbach, 1997).
Ces systèmes hydrothermaux présentent souvent une nette évolution dans le
temps depuis le moment où une intrusion magmatique se met en place où les fluides
présentent un degré d'acidité élevé jusqu'à un stade avancé où toute acidité à été
neutralisée. La durée de vie de ces systèmes hydrothermaux dépend du volume de
l'intrusion magmatique mais est en moyenne de 10000 à 30000 ans.
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Introduction générale
Figure 1: Schéma montrant la structure d'un système hydrothermal et la circulation des fluides
hydrothermaux (d'après Nicholson, 1993).
La contribution des gaz magmatiques dans les édifices volcaniques jeunes est
majoritaire par rapport à la recharge par les eaux météoriques. L'absorption de ces gaz
dans le système hydrothermal profond entraîne la formation de solutions très acides et
oxydantes contenant du Cl et du SO4 en proportions variables, proches du gaz
magmatique de départ (Giggenbach et al., 1990; figure 1). Cette extrême acidité
empêche le CO2 de réagir pour donner HCO3-. Les gaz SO2 s'hydrolysent suivant la
réaction:
4 SO2 + 4 H2O → H2S + 3 H2SO4 (1)
pour donner des fluides acides sulfates chlorures (ASC) (figure 2, tableau 1). Ces
fluides ont des proportions en SO4/Cl assez différentes dépendant du degré
d'absorption des gaz magmatiques dans le système hydrothermal. Le rapport SO4/Cl
correspondant à la conversion du soufre total du gaz magmatique issu d'un magma
andésitique est représenté par un point (a) sur la figure 2 et se situe entre 5 et 20. Les
eaux ayant ces caractéristiques sont les eaux acides qui se déchargent par exemple sur
les flancs du volcan Nevado del Ruiz (Giggenbach et al., 1990) et du Miravalles
(Giggenbach and Corrales Soto, 1992).
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Introduction générale
Les fluides présentant des rapports SO4/Cl plus faibles sont formés par l'absorption
plus ou moins importante des gaz magmatiques dans le système hydrothermal à des
températures plus basses et donc à plus faible profondeur (figure 2).
Tableau 1: Compositions chimiques des eaux sur différents sites en mg.l-1 (d'après Giggenbach, 1997).
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