| Volcanisme de Point Chaud |
| L'EXEMPLE DE L'ARCHIPEL D'HAWAII |
| Formation d'îles volcaniques de points chauds |
| Problématique: Quels sont les facteurs intervenant dans la formation d'un archipel? |
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LE VOLCANISME DE POINT CHAUD
L’EXEMPLE DE L’ARCHIPEL D’HAWAII
Formation d'îles volcaniques de points chauds:
Les archipels sont des regroupements de plusieurs îles. Il existe deux types d’îles. Tout d’abord les îles continentales appelés ainsi de part leur situation géographique (elles sont situées sur le même plateau que le continent qui leur est proche). Puis les îles volcaniques, que nous allons étudier.
La formation de ces îles sont dues à différentes sortes de volcanisme : celui de subduction, de dorsale et de point chaud. Notre étude portera plus particulièrement sur le volcanisme de point chaud.
Le point chaud est une zone profonde du globe, relativement localisée (200 à 1000 kilomètres de diamètre) à l’échelle de la planète et présentant une anomalie positive de température. Ceci se traduit en surface par un volcanisme car la lave se retrouvant au contact de l’eau froide durcit et s’accumule, formant un amas qui constitue l’île volcanique. Cependant ceci n’explique pas comment plusieurs volcans situés à une certaine distance peuvent être issus d’un même point chaud, qui est fixe et localisé. La formation d’archipels est en effet due au fait que les plaques lithosphériques se déplacent. Le point chaud perce donc la plaque à plusieurs endroits, formant à chaque fois une île volcanique et finalement un archipel.
Nous allons illustrer ces phénomènes grâce à l’exemple de l’archipel d’Hawaii.
Différents phénomènes peuvent concourir à la formation des îles volcaniques parmi lesquels figure l’existence d’un point chaud, objet de notre travail.
Deux autres évènements peuvent cependant leur donner naissance :
- l’accumulation de matériaux liée à l’activité volcanique. Ainsi des îles volcaniques accompagnent les dorsales sous-marines. Les îles d’Hawaii, dans le Pacifique, situées sur une chaîne de montagne submergée, en sont une illustration.
- l’émergence d’un rift océanique (l’Islande). Un rift est une zone où la lithosphère continentale est en extension, ce qui provoque à la fois son affaissement, une zone de volcanisme et une importante sédimentation continentale. La lithosphère est la partie superficielle de la Terre qui regroupe la croûte et la partie superficielle du manteau, elle est caractérisée par ses propriétés mécaniques (solide et cassante) et thermiques (propagation de chaleur par conduction. Elle est constituée d'un certain nombre de plaques tectoniques qui se déplacent les unes par rapport aux autres.
Coupe schématique de la terre illustrant les principaux processus de tectonique des plaques ainsi que les couches qui composent la terre.
Le dernier modèle d’île volcanique se forme donc au niveau des points chauds, dans les océans. Sa formation est engendrée par celle d’un point de chaleur dans la lithosphère (cf. schéma 1).
Ce point de chaleur appelé point chaud ou zone de formation de magma est généré par l’élévation vers la surface de remontées mantelliques (composé de péridotites) sous la forme d’un panache. La composition et la provenance de ces panaches sont encore peu connues. On peut penser qu’ils se forment dans la zone de transition entre l’asthénosphère et le manteau inférieur vers 700 km de profondeur, mais il est possible que leur origine se trouve plus en profondeur, au niveau de la discontinuité de Gutenberg c’est-à-dire à la limite supérieure du noyau à 2900km. La formation des volcans se produit par un dégagement d’énergie dû au point chaud.
Il donne naissance à la fusion d’une portion du matériel mantellique profond et chaud qui remonte à la surface dû à la différence de densité entre le matériel fondu et le matériel ambiant. D’importants volumes de lave sont ainsi libérés. Le volcan ainsi formé devient par la suite une île.
Lorsque le volcan perce un océan, il va donner naissance à un chapelet d'îles alignées comme c'est le cas pour l'archipel d’Hawaii. On trouve également un nombre élevé de volcans sous marins nés de ce phénomène dans l’Océan Pacifique ; ils sont appelés guyots. Si le point chaud débouche sous un continent, ce qui arrive néanmoins parfois, il va alors donner naissance à une série de volcans alignés.
Schémas illustrant la formation et l’évolution d’un point chaud
La localisation des points chauds permet de savoir quel a été le déplacement des plaques tectoniques grâce à l’alignement de volcans éteints qui précèdent un volcan en activité.
L’âge des volcans s’observe grâce à leur emplacement par rapport au point chaud. Les volcans les plus récents se trouvent plus près du point chaud que les volcans formés antérieurement, placés à l’extrémité de la ligne.
Les points chauds peuvent exister pendant plusieurs dizaines de millions d’années.
Il existe deux principaux types de lave en volcanologie :
- La lave pauvre en silice provient de l’éruption de volcans effusifs. Les coulées de lave qui en résultent sont fluides et de températures très élevées. Cette lave basaltique coule à environ 20 km/h en sortant du cratère et se refroidit lentement au contact de l’air, du sol ou de l’eau, diminuant encore leur vitesse. Ces coulées sont donc canalisées et relativement lentes.
Photo de volcan effusif : Le Kilauea à Hawaï
- La lave riche en silice provient des volcans explosifs. Ceux-ci émettent lors de leur éruption des coulées pyroclastiques, composées de cendres, de lapillis (fragments de lave de taille comprise entre 2 et 30 mm ou 2 et 64 mm selon les classifications), de monceaux de lave brûlante et de lave visqueuse. Ces coulées sont donc très denses et dévalent les pentes du volcan, leur vitesse en faisant des coulées très dangereuses. Cette lave explosive peut aller à des températures de 1000°C à l'extérieur.
Photo de volcan explosif : Mont Saint Hélène aux Etats-Unis
Le contact de l’eau et du feu, deux des éléments fondamentaux, apparaît véritablement apocalyptique ! L’eau surchauffée, qui passe de l’état liquide à l’état de vapeur, voit son volume augmenter brusquement dans des proportions considérables. Des volutes blanches de vapeur s’échappent en tourbillonnant. Il en résulte de véritables explosions, qui se succèdent dans un fracas sourd. Des paquets de lave rouge éjectés voltigent tout autour. Les scientifiques décrivent ce phénomène généré par le contact de l’eau et de la lave avec le terme d’ « hydro-volcanisme » ou encore de « phréato-magmatisme ». En progressant à l’état liquide, puis en se solidifiant, les coulées ont constitué une véritable plate-forme surplombant la mer. Mais celle-ci menace de s’effondrer à chaque instant car la mer use sa base en permanence.
La rencontre de la lave et de l'eau est donc extraordinaire. Il s'agit de la rencontre de deux éléments antagonistes :
• La lave cherche en refroidissant à construire de nouvelles terres
• L'eau érode la plate forme nouvellement construire par l'action des vagues.
Photo illustrant le contact de l’eau et de lave sur les flancs du Kilauea
Par endroits, la lave coule en filets continus dans la mer. Sa fluidité exceptionnelle résulte de sa composition chimique basaltique, et à sa température particulièrement élevée, dépassant parfois 1100 degrés. La lave durcit progressivement tout en faisant s’évaporer Au contact de l’eau dont la température est inférieure à 30°C en règle générale, la lave forme des boules. Ce contact provoque une trempe de la lave accompagnée de violentes explosions.
Le contact de grande quantité de lave avec de l’eau forme donc de la roche. C’est pourquoi, à l’endroit où le point chaud perce la croûte océanique, une quantité croissante de roche s’accumule, formant un volcan qui peut finir par émerger et formera donc une île volcanique. Le volcan Loihi, situé à 30 kilomètres au large du Sud d’Hawaii, est le volcan le plus récent de l’archipel d’Hawaii puisque son sommet est situé à 969,00 m en dessous du niveau de la mer.
Photo représentant la lave qui se déverse dans l’océan pacifique sur les flancs du Kilauea
Coulée de lave provenant du Kilauea se jetant dans l’océan Pacifique
A travers notre étude sur l’Archipel d’Hawaii, nous avons pu constater que l’éruption Hawaïenne est caractéristique puisque considérée comme un type d’éruption à part entière. Elle est caractérisée par la basse viscosité, la basse teneur de gaz et les températures élevées des laves basaltiques. Ces laves permettent un écoulement le long des flancs du volcan parfois sur des dizaines de kilomètres. Le dégazage de la lave est très aisé et son éjection peut se faire soit sous la forme de fontaines de laves de plusieurs centaines de mètres de hauteur et au débit régulier, soit sous la forme d'un lac de lave plus ou moins temporaire prenant place dans un cratère (ce qui est très rare et caractéristique de ces éruptions).
Photo d’un lac de lave sur le flanc Est du volcan Kilauea
Schéma de l’éruption de type hawaïen
La formation de l’archipel d’Hawaï c’est 7,5 MA d’activité géologique, c’est aussi 2700 km du nord vers l’ouest depuis l’île principale Hawaï qui donna son nom à toute l’archipel. Composé de 122 îles plus ou moins récentes et des atolls, l’archipel comprend le Mona Loa étant aujourd’hui le plus grand volcan actif au monde. De nos jours Hawaii s’agrandit encore grâce aux coulées de lave issue de la pente sud du Kilauea.
Carte de l’archipel hawaïen
On peut distinguer plusieurs étapes dans la formation des îles volcaniques :
D’abord le stade initial de développement c’est-à-dire la formation de fissures sur le fond océanique, du à une anomalie thermique à la base du manteau, qui produisent des pillow-lavas. À cause du poids de l’eau la chaleur de la lave ne peut pas créer de la vapeur, en effet la lave atteint des températures entre 1000 et 1200°C elle se couvre donc d’une pellicule de verre, mais qui reste flexible car ne refroidit pas complètement et forme un oreiller. L’accumulation des pillow-lavas forme un « bouclier » qui correspond au futur volcan. Le Mauna Loa est un bon exemple de volcan bouclier.
Puis grâce à des éruptions fréquentes le bouclier croît ce qui donne naissance à une zone de rift, d’un caldera.
Après la construction du bouclier, petit à petit le sommet du volcan finit par atteindre le niveau de la mer. La réduction du niveau d’eau au-dessus du sommet permet à l’eau de se transformer en vapeur créant donc une explosion de vapeur. Ces explosions peuvent fragmenter les coulées de lave en tephra : cendre, lapilli, poussière et bloc. Cette réaction se fait jusqu’à l’accumulation de tephra soit bien au-dessus de la mer pour que l’eau et la lave ne soient plus en contact. Enfin, le bouclier devient sub-aérien, composé de l’accumulation de nombreuses coulées de lave, se fait grâce à des éruptions des zones sommitales et de rift pendant cette période le volcan croît rapidement.
On peut résumer cette étape par ces deux schémas :
L’étape suivante consiste en des glissements de terrain géants. Environ 70 glissements de terrain couvrent la moitié des flancs de la ride Hawaï. Ces glissements sont à peu prés les plus importants dans le monde, ils se font par éboulement ou par avalanches de débris. Les éboulements ont lieu sur les pentes du rift jusqu’à la base du volcan sans en perturber réellement la structure, ils se font plus ou moins brutalement, mais peuvent causer des tremblements de terre. Tel que ceux de 1868 et de 1975 dûs à l’éboulement de Hilina. Tandis que les avalanches perturbent les flancs du volcan pour produire des blocs individualisés. Les avalanches sont des événements plus rares et causent des tsunamis.
Ensuite se produit la phase dite de « recouvrement », ou les basaltes alcalins remplissent la caldera pour produire des pentes escarpées au sommet du volcan. Pendant cette période les explosions peuvent être plus fréquentes que pendant la phase de construction des boucliers puis le temps entre les éruptions augmentent enfin les éruptions peuvent s’arrêter. Le volcan Mauna Kea est en phase de recouvrement.
L’érosion réduit la hauteur des volcans c’est le stade érosif. L’île s’écarte du point chaud tout en s’enfonçant dans la mer à cause du mouvement des plaques tectoniques : les côtes sont inondées par la mer. Des récifs se forment ainsi autour de l’île. Mais l’île continue de s’enfoncée donc à cause du manque de soleil le récif meurt. Un nouveau récif se crée dans les eaux moins profondes. En parallèle les vagues océaniques donnent naissance aux reliefs de l’île.
Après une période d’accalmie arrive la renaissance volcanique. Il faudra attendre prés de plusieurs milliers d’années pour que les volcans Hawaii retrouvent leurs éruptions sporadiques presque explosives qui restent toute fois faibles et rares.
Enfin, se produit le stade récifal grâce à l’érosion et la subsidence l’île et réduite au niveau de la mer, le récif, lui se développe. Le récif corallien est une accumulation de squelettes calcaires, ainsi les squelettes des coraux servent de structure pour le développement de nouveaux coraux.
La formation d’une île peut être suivie de celle d’un atoll : est une île formée à partir d’un récif corallien, c’est donc une accumulation de coraux et polypes. On peut choisir
Carte 1 mondiale des limites des plaques
La lithosphère, couche externe de la Terre, est composée de plusieurs plaques rigides mobiles qui flottent et se déplacent sur l’asthénosphère, plus extensible. Elle est constituée de 12 grandes plaques majeures et de nombreuses petites plaques. La plupart des volcans (cf. carte 2) et des tremblements de terre se forment sur les limites entre ces plaques.
Carte 2 représentant la répartition des volcans sur la limite des plaques
Depuis la naissance de la Terre, la croûte terrestre est en mouvement perpétuel ce qui engendre d’immenses fissures au fond des océans, poussent les continents et soulèvent les grandes chaînes de montagnes.
La plaque lithosphérique du Pacifique est ponctuée d’îles volcaniques comme Hawaï, archipel composée de volcans tel que le Kilauea un volcan toujours actif. Cette plaque dérive de dix centimètres par an vers le nord-ouest.
Représentation du relief sous marins et terrestre de la partie Nord de la plaque pacifique
La tectonique des plaques est le mouvement relatif aux plaques lithosphériques, qui s’écartent ou se rapprochent (collision ou subduction), ou qui coulissent les unes par rapport aux autres. Les continents sont entraînés par ce mouvement, c’est la « dérive des continents ». La subduction est une zone où une plaque plonge sous une autre contrairement à la collision où deux plaques se confrontent. La tectonique des plaques est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en surface de la convection qui se déroule dans le manteau terrestre.
Nous pouvons constater que plusieurs facteurs entrent dans la formation d’un archipel île volcanique.
Lors de sa formation les points chauds et la tectonique des plaques jouent un rôle primordial ainsi que la réaction entre l’eau et la lave lorsque celle-ci arrive dans l’océan. Ces trois phénomènes sont indispensables à la création d’une île.
Dans un premier temps les points de chaleur et la tectonique des plaques entrent dans les facteurs environnementaux nécessaires puis la réaction des matières entre elles dans l’aspect chimique de cette élaboration.
Hawaii est un exemple concret et actif de l’addition de ces phénomènes. Il convient de se demander jusqu’à quand le point chaud d’Hawaii sera-t-il en activité ? 
Livres et articles:
Sites internet:
Exposition
Exposition au palais de la découverte: séismes tsunamis et volcans du 12 octobre 2007 au 24 août 2008
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