Le fonctionnement d'un volcan

   De quoi est fait un volcan? Trois éléments sont essentiels: du magma, une chambre magmatique et des composants volatiles. Le magma est produit par une source profonde, dans le manteau terrestre, à des profondeurs dépassant parfois cent kilomètres, ou encore dans la croûte terrestre portée à haute température. Plusieurs volcans sont situés au dessus d'un courant ascendant d'origine convective qui fait remonter des roches et les décomprime. Comme la température de fusion décroît avec la pression, les roches en profondeur dans la croûte se mettent à fondre. Plus léger que les roches qui l'entourent, le magma s'en extrait et monte vers la surface sous l'effet de la poussée d'Archimède.


Ce dessin n'est pas à l'échelle


   Mais, au voisinage de la surface, les roches "encaissantes" se font moins denses et la force d'Archimède ne suffit plus au magma pour monter. Il stagne et se rassemble dans un réservoir, la chambre magmatique. Celle-ci joue un rôle fondamental. Le débit d'une éruption volcanique est bien plus grand que le "système de plomberie" profond qui amène le magma vers la surface. Une éruption n'est donc possible que si une quantité suffisante de magma s'est accumulée dans une chambre, ce qui représente parfois plus de 100 km³ de magma.

   Mais, pour quelles raisons une éruption se déclenche-t-elle? Elle est, en général, provoquée par la mise sous pression de la chambre magmatique. Elle se gonfle progressivement jusqu'à ce que le seuil de rupture de ses parois soit atteint: c'est le début de l'ascension du magma vers la surface. La mise sous pression de la chambre peut se produire simplement par l'arrivée de nouveau magma en provenance de la source profonde, elle même activée par des mouvements plus profonds. Mais, cette augmentation de la pression peut aussi être due à l'évolution du magma lui-même. Quand le magma se refroidit et cristallise, les éléments volatils qu'il contient s'en échappent, mais ne trouvent pas de minéraux "hôtes". Leur concentration augmente donc progressivement dans le liquide résiduel (magma non cristallisé). Lorsque le seuil de solubilité des gaz dans le magma est dépassé, le volume du mélange liquide et gaz augmente. Ce faisant, les parois de la chambre se déforment, changeant la pression interne.

   Puisque l'évolution du système est déterminé par le refroidissement, dont les lois sont connues, il est possible de proposer un modèle théorique pour ce mécanisme. La chaleur se perd par convection à un taux qui dépend de la viscosité du magma. La prédiction la plus simple est donc qu'un réservoir de magma fluide évolue plus rapidement qu'un réservoir de magma visqueux. Le clacul prédit qu'il faudra quelques années dans le premier, mais quelques siècles dans le second! Durant ces périodes, on dit que le volcan est éteint, mais on ne peut jamais affirmer que cet état soit définitif.

   L'augmentation de pression dans la chambre magmatique, liée à l'arrivée de nouveau magma ou au dégazage de celui déjà présent, est susceptible de provoquer une éruption volcanique. Celle-ci a un caractère calme si la lave (magma) s'écoule librement de la bouche d'émission (cratère), ou violent si elle s'accompagne d'explosions rejetant dans l'atmosphère gaz et matériaux divers (voir "Matériaux rejetés"). Les gaz accumulés dans la chambre magmatique jouent un rôle important dans ces explosions. Ces gaz, accumulés sous des pressions énormes, sont prisonniers du magma. Lors de la remontée de la lave dans la cheminée (voir dessin), les gaz s'échappent brusquement dans l'air, projetant lave et matériaux solides (voir "Matériaux rejetés").

Ce schéma n'est pas à l'échelle
Mélanie Dufour