Les différents aléas volcaniques et leurs effets

Les coulées (et les dômes) de lave

Les coulées de lave sont des épanchements de roche en fusion qui se mettent en place sur les flancs des volcans sous l’effet de la gravité. La capacité de la lave à s’écouler dépend :

• de ses paramètres physico-chimiques (température, chimie, viscosité, etc.) ;

• du débit éruptif au niveau de sa source ;

• de la nature et de la morphologie des terrains sur lesquels elle s’écoule (pente et rugosité) ;

• de sa capacité à être confinée dans une vallée, un chenal et/ou un tunnel de lave.

L’ensemble de ces paramètres vont déterminer la vitesse de mise en place de la coulée et la distance qu’elle pourra parcourir. La température d’émission de la lave varie entre  700°C et 1200°C (en fonction du type de lave), et les vitesses de mise en place ont tendance à fortement diminuer sur pente faible et/ou à mesure que l’on s’éloigne de la bouche éruptive.

Les laves les plus visqueuses ne peuvent quasiment pas s’écouler : elles s’accumulent ainsi au-dessus de leur point de sortie et forment alors des dômes qui obstruent parfois le conduit magmatique, entraînant une pressurisation du système pouvant conduire à des explosions violentes, produisant alors d’autres aléas.

La vitesse de déplacement relativement faible des coulées de lave laisse généralement le temps aux populations et aux animaux de se mettre en sécurité en cas de menace (sauf cas exceptionnels). Les victimes directes les plus fréquentes des coulées sont des personnes s’approchant trop près, sans conscience du danger. Des feux peuvent par ailleurs être déclenchés à proximité des coulées et se propager à la végétation ou aux constructions aux alentours.

En se refroidissant, les coulées de lave se figent et forment des niveaux plus ou moins épais de roche très dure (alternant avec des niveaux plus fins de brèches scoriacées). Les terrains affectés par des coulées peuvent ainsi se retrouver ensevelis sous plusieurs mètres (voire plusieurs dizaines de mètres) de roche dure, selon le type de lave impliquée dans l’éruption et la géométrie du relief pré-éruptif.

Il est ainsi souvent difficile de conserver ou de restaurer l’utilisation pré-éruptive d’un terrain recouvert par une coulée de lave (culture devenue impossible, déblaiement et reconstruction complexe, etc.). La forte température des coulées et leur avancée à la manière de « chenilles de char » se traduisent la plupart du temps par la destruction de tout élément statique situé sur leur trajet (bâtiments, infrastructures, réseaux, cultures, etc.).

Les retombées aériennes de bombes et de cendres volcaniques

Les éruptions volcaniques sont souvent accompagnées d’explosions. Ces explosions sont provoquées par l’expansion brutale des gaz contenus dans le magma, qui se fragmente alors au cours de sa remontée dans le conduit volcanique. Une grande quantité de particules volcaniques de toute taille (blocs, cendres, etc.) est alors éjectée dans un jet de gaz, généralement vertical : il s’agit des panaches volcaniques. Le comportement de ces particules volcaniques varie en fonction de leurs tailles respectives :

• les bombes volcaniques désignent les particules les plus grossières (possédant un diamètre supérieur à 6,4 cm) qui sont éjectées du cratère et retombent tout autour en suivant une trajectoire balistique ;

• les retombées de cendre et de lapillis désignent les particules de taille intermédiaire (entre 2 mm et 6,4 cm pour les lapillis) à fine (inférieure à 2 mm pour les cendres) qui sont initialement incorporées dans le panache volcanique, puis sont transportées latéralement par les vents dominants, avant de retomber au sol par gravité et/ou sous l’effet des précipitations. Les panaches volcaniques sont capables d’atteindre des altitudes considérables (> 40 km), et les particules volcaniques peuvent voyager dans l’atmosphère sur des centaines voire des milliers de kilomètres avant de se déposer, surtout pour les plus fines, appelées « cendres volcaniques ». Ces cendres sont principalement composées d’échardes de verre volcanique et de petits cristaux ;

• les particules les plus fines et les aérosols volcaniques injectés en haute atmosphère par des éruptions violentes peuvent rester en suspension pendant des années avant de sédimenter. Ces éléments peuvent même avoir un impact immédiat sur le trafic aérien ou à plus long terme sur le climat (refroidissement) en réfléchissant une partie du rayonnement solaire.

Les bombes volcaniques peuvent créer des dégâts (par impacts) jusqu'à plusieurs kilomètres du volcan. Elles forment des cratères d’impacts parfois importants et peuvent déclencher des incendies si elles sont encore incandescentes lorsqu’elles retombent.

Lorsqu’elles sont en suspension dans l’atmosphère, les cendres représentent une grande menace pour le trafic aérien (détérioration des moteurs, abrasion des verrières de cockpit, etc...).

Une fois retombées au sol, les cendres forment des couches homogènes et uniformes qui recouvrent tout le paysage, et dont l’épaisseur a globalement tendance à diminuer au fur et à mesure que l’on s’éloigne du volcan. Ces dépôts entrainent la destruction des cultures et les pâturages. L'inhalation de cendres est particulièrement irritante et peut provoquer d'importants troubles respiratoires.

L’accumulation de cendres sur les toits des bâtiments peut entrainer leur effondrement. Le poids des dépôts de retombées dépend de leur épaisseur, de leur nature, de leur granulométrie, et du taux d’humidité.

Les dépôts de cendres, même très fins (quelques millimètres d’épaisseur), sont facilement re-mobilisables et peuvent se muer en nuages persistants qui limitent la visibilité (ex : trafic routier), s’insinuent dans les moteurs des véhicules, les réseaux électriques et les bâtiments. Ils peuvent ainsi considérablement ralentir d'éventuelles opérations d'évacuation. Les cendres ont aussi la capacité de contaminer des réserves d'eau potable (AEP) non protégées (ex : citerne à l'air libre).

Les coulées pyroclastiques

Les coulées pyroclastiques (anciennement appelés « nuées ardentes ») sont des mélanges complexes de gaz et de fragments de roches à haute température (250 – 800 °C) qui se mettent en place en dévalant les flancs des volcans.

Ces coulées sont capables de se déplacer à des vitesses considérables (de 20 à 700 km/h) sur des distances importantes (de 1 à près de 50 km), de franchir de hauts reliefs (crêtes, collines, etc.), voire de traverser des lacs.

Les coulées pyroclastiques sont en outre capable d’éroder et d’incorporer les terrains sur lesquels elles se déplacent, se renforçant ainsi au cours de leur mise en place. Ces phénomènes très complexes peuvent se former au cours de différents types d’éruptions, que l’on peut regrouper autour de trois grands mécanismes :

• la survenue d’une explosion violente, parfois dirigée latéralement ;

• l’effondrement d’un panache volcanique sur lui-même ;

• la déstabilisation gravitaire d’un dôme de lave en croissance.

La température et la vitesse importante des coulées pyroclastiques, leur importante charge en particules, la pression dynamique et la raréfaction de l’air lors de leur passage font de ce phénomène complexe l’aléa volcanique le plus meurtrier des XXème et XXIème siècles.

Les impacts les plus forts se situent généralement dans les zones situées à proximité immédiate du passage de la coulée ou de la déferlante pyroclastique. Ces coulées peuvent parcourir plusieurs dizaines de kilomètres depuis leur source. Des nuages de cendres (appelés "co-pyroclastiques") sont la plupart du temps associés aux coulées. Les coulées pyroclastiques ont un fort pouvoir destructeur, autant sur le vivant (brûlures, asphyxie, etc.) que sur les infrastructures (bâtiments, réseaux, etc.), les pâturages ou les cultures.

Les dépôts associés aux coulées pyroclastiques sont variables : ils vont de quelques centimètres de matériel fin (« cendreux ») pour le pôle le plus dilué et turbulent des coulées (appelé alors "déferlante pyroclastique"), jusqu’à des épaisseurs de plusieurs dizaines de mètres de matériel bréchique grossier hétérogène charriant des blocs de plusieurs mètres de diamètre pour le pôle le plus concentré (appelé alors "écoulement pyroclastique"). Ces dépôts ont tendance à être concentrés dans les dépressions topographiques (vallées), qui peuvent parfois être entièrement comblées.

Les lahars (coulées de boues/coulées de débris)

Les lahars (terme d’origine indonésienne) sont des coulées de boue ou de débris constituées d’un mélange d’eau et de matériel volcanique. Ils peuvent se former de manière directe (par exemple lorsque qu’une éruption a lieu sous un glacier) ou de manière indirecte (par exemple lorsque de fortes pluies remobilisent des dépôts volcaniques non consolidés).

Ils ont la capacité d’éroder les terrains sur lesquels ils se déplacent et de grandir au cours de leur mise en place. Ils possèdent un front très compact et sont capables de se déplacer à des vitesses de l’ordre 20-100 km/h sur de très grandes distances.

Généralement bien canalisés dans les vallées les plus encaissées, les lahars peuvent déborder en plaine et inonder de vastes surfaces aux débouchés des vallées. Ils sont particulièrement fréquents sur les volcans explosifs situés en milieu tropical, où la présence de quantités importantes de matériel volcanique fragmenté (brèche, téphras) et de fortes précipitations forment une combinaison qui leur est particulièrement favorable.

Les dégâts potentiels associés aux lahars dépendent de leurs propriétés physiques, de leur vitesse et de leur volume, ainsi que de la topographie des chenaux dans lesquels ils se mettent en place. Ils suivent généralement le lit des rivières existantes, surtout si elles sont encaissées, et ont la capacité à largement déborder en plaine. Les points topographiques bas et proches des cours d'eau sont ainsi à évacuer rapidement en cas d'alerte, les lahars pouvant se déplacer à une vitesse importante.

Tout comme pour les coulées de débris non-volcaniques, les blocs métriques charriés par les lahars peuvent causer d’importants dégâts par impacts sur les bâtiments et les infrastructures. L'ensevelissement des terres arables entraine la destruction des cultures et/ou des pâturages.

D’importants phénomènes d’érosion du sol et/ou des berges peuvent se produire lors du passage des lahars, et entrainer la perte d'infrastructures et/ou bâtiments situés trop près des rivières. Les dépôts associés aux lahars forment des couches généralement épaisses de matériel hétérogène composé de fragments volcaniques de toutes tailles englobés dans une matrice boueuse qui se solidifie avec le temps. Il est parfois difficile de retrouver l’utilisation pré-éruptive d’un terrain recouvert par une épaisseur importante de lahars. Ces dépôts peuvent parfois entièrement combler des vallées.

Un dépôt récent de lahar dans la rivière du Prêcheur (Martinique, 2010). © BRGM - A.-V. Barras

Les émissions de gaz

Le dégazage est une manifestation importante de l’activité volcanique, que ce soit lors d’éruptions (où le gaz est alors le moteur du phénomène, notamment lors des éruptions explosives), ou lors de période de repos (où les gaz s’échappent alors de façon localisée via les fumerolles ou les sources hydrothermales, ainsi que de de façon plus diffuse au travers du sol).

Les différents constituants des gaz volcaniques sont, par ordre d’abondance : l’eau (H2O, jusqu’à 95%), le dioxyde de carbone (CO2), les espèces soufrées (SO2, H2S), les gaz acides (HCl et HF) et des constituants mineurs (azote N2, radon et autres gaz rares, CO, CH4, H2). L’interaction entre ces gaz (et/ou des cendres sur lesquelles ils ont pu se condenser) et l’atmosphère peut entraîner la formation de pluies acides (notamment par combinaison des espèces soufrées avec l’eau de pluie). L’injection de grande quantité de gaz dans la haute atmosphère (stratosphère) entraine des modifications complexes et durables qui peuvent avoir un impact à long terme sur le climat.

L'impact des gaz volcaniques dépend des concentrations présentes dans l'atmosphère et de la durée d'exposition. Certains gaz volcaniques (notamment le dioxyde de soufre, SO2) peuvent interagir avec l’atmosphère et produire des pluies acides, ayant des impacts importants sur la végétation, les cultures et les pâturages.

Les gaz plus lourds que l’air se concentrent dans les creux topographiques et les points bas, où ils se substituent à l’air pour former des pièges invisibles, parfois mortels (risque d’asphyxie). Les gaz volcaniques en tant que tels ne forment pas de dépôts, mais la cristallisation (ou la sublimation) de minéraux particuliers (par exemple de cristaux de soufre) et l’altération importantes des roches hôtes trahissent souvent la présence de points d’émission de gaz. Ces environnements sont souvent fortement corrosifs.

A plus grande échelle, la présence de grande quantité de gaz, aérosols et particules volcaniques éjectées dans l’atmosphère par de très grandes éruptions volcaniques peut avoir un impact sur le climat à long terme.

Les glissements de flancs (avalanches de débris)

Les avalanches de débris sont des phénomènes cataclysmiques de grande ampleur au cours desquels une grande partie d’un flanc d’un édifice volcanique (voire un flanc entier) s’effondre sous son propre poids, provoquant un gigantesque glissement de terrain.

Cet aléa a été observé « en direct » pour la première fois en 1980 au Mont Saint Helens (USA), où le volcan a perdu 400 m d’altitude en quelques secondes, produisant une avalanche de roches de 2,5 km3 qui a dévasté une large zone.

De nombreuses études ont depuis montré que ce genre de phénomène était assez commun à l’échelle des temps géologiques sur la plupart des volcans de la planète, qui alternent entre des phases de construction progressives (au gré des éruptions) et des phases de destruction brutales.

Ces avalanches de débris peuvent se former selon différents mécanismes (remontée d’une poche de magma qui fragilise l’édifice, présence d’un système hydrothermal qui fragilise le volcan, violent séisme, etc.) et peuvent avoir lieu indépendamment au cours d’une éruption ou lors d’une phase de repos. Des glissements de terrain plus classiques peuvent aussi affecter l’ensemble des reliefs volcaniques, qu’ils soient actifs ou non, et provoquer ainsi des dommages importants sur des enjeux variés.

Les impacts potentiels associés à cet aléa sont les mêmes que ceux concernant les mouvements de terrain non-volcaniques. Les dégâts vont dépendre en grande partie de l’ampleur et de la magnitude du phénomène (volumes de matériaux affectés par le glissement). Les avalanches de débris volcaniques peuvent former des dépôts très épais (parfois de plus de 100 m d’épaisseur) constitués d’un mélange chaotique de fragments volcaniques très hétérogènes, que ce soit dans leur nature ou leur taille (de quelques millimètres à plusieurs dizaines de mètres de diamètre). Ces dépôts ont la capacité de remodeler entièrement un paysage, et le pouvoir de destruction des avalanches de débris est extrêmement important.