Comment se forment les volcans : roche fondue, bords de plaques et points chauds
Les volcans se forment là où la roche, en profondeur, fond en magma, plus léger que la roche solide qui l’entoure, monte par les fissures et jaillit en surface sous forme de lave, de gaz et de cendres ; les éruptions répétées s’empilent en une montagne. La plupart des volcans naissent aux bords des plaques tectoniques, là où une plaque plonge sous une autre ou où deux plaques s’écartent, et quelques-uns au-dessus de points chauds, loin de tout bord, comme à Hawaï. L’USGS compte environ 1 350 volcans potentiellement actifs sur Terre, et environ 500 sont entrés en éruption à l’époque historique.
Un volcan n’est pas simplement un trou qui se trouve être chaud. C’est le bout d’un long voyage qui commence à des dizaines de kilomètres de profondeur, là où un peu de roche fond. Ce guide suit ce voyage dans l’ordre : comment le magma est fabriqué, où sur la planète il trouve une sortie, pourquoi un volcan est un bouclier doux et un autre un cône raide, et comment la chaîne d’îles d’Hawaï a grandi au-dessus d’un point chaud. Il se termine par les conseils officiels pour vivre près d’un volcan actif. C’est une information générale ; dans votre région, suivez les consignes de votre service d’urgence local et de l’observatoire volcanologique.
Idées essentielles
- Un volcan est une ouverture de la croûte terrestre par laquelle roche fondue, gaz et débris atteignent la surface ; le magma se forme quand une partie de la roche fond et, comme il est plus léger que la roche autour, il monte.
- Les volcans se forment dans trois contextes : là où une plaque plonge sous une autre (zones de subduction), là où les plaques s’écartent (comme l’Islande, sur la dorsale médio-atlantique, qui s’ouvre d’environ 2,5 cm par an) et au-dessus de points chauds (Hawaï, à plus de 3 200 km de la limite de plaques la plus proche).
- L’USGS compte environ 1 350 volcans potentiellement actifs, dont environ 500 sont entrés en éruption à l’époque historique ; beaucoup se trouvent autour de l’océan Pacifique, dans la Ceinture de feu.
- La forme dépend du magma : le basalte fluide et pauvre en silice (environ 50 % de silice) construit de larges volcans boucliers ; le magma visqueux à 65 à 70 % de silice retient le gaz et construit des cônes raides et explosifs.
- Le conseil officiel pour les personnes près d’un volcan est de suivre les ordres d’évacuation, d’évacuer tôt, d’éviter les zones sous le vent et les vallées fluviales en aval, et de se protéger des cendres.
La réponse courte : une roche qui fond, monte et jaillit
Ready.gov décrit un volcan comme une ouverture de la croûte terrestre qui laisse s’échapper vers la surface de la roche fondue, des gaz et des débris. Pour y arriver, la roche doit d’abord fondre. La croûte terrestre n’a qu’environ 5 km d’épaisseur sous les océans et environ 30 km en moyenne sous les continents, et en dessous se trouve le manteau, près de 2 900 km de roche chaude, en grande partie solide, qui s’écoule très lentement. Un volcan commence quand une petite partie de cette roche fond en magma, à environ 700 à 1 300 degrés Celsius.
Le magma est plus léger que la roche solide qui l’entoure : il s’accumule donc dans une chambre et pousse vers le haut par les fissures. Il transporte du gaz dissous, surtout de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone et du dioxyde de soufre. En montant, la pression baisse et le gaz forme des bulles, comme une bouteille d’eau gazeuse secouée mousse quand on l’ouvre. Quand le magma atteint la surface, on l’appelle lave. Éruption après éruption, la lave et les cendres s’empilent autour de l’évent, et ce tas est le volcan.
Pourquoi la roche fond-elle, avec la pression qui règne en profondeur ? Les manuels donnent deux raisons principales. La roche qui remonte des profondeurs subit moins de pression et peut commencer à fondre sans chaleur supplémentaire, c’est ce qui se passe sous les dorsales d’expansion et les points chauds. Et l’eau libérée par une plaque qui plonge abaisse la température de fusion du manteau situé au-dessus, ce qui est l’explication habituelle dans les zones de subduction. L’USGS note que les scientifiques débattent encore de l’origine exacte du magma dans les zones de subduction : cette partie de l’histoire est donc un bon modèle, pas une affaire classée.
Où se forment les volcans ? Trois contextes
Le premier contexte est une zone de subduction. L’USGS explique que là où une plaque océanique plonge sous un continent, comme la plaque de Nazca sous l’Amérique du Sud, la convergence alimente beaucoup des volcans actifs de la Terre, comme ceux des Andes et de la chaîne des Cascades dans le nord-ouest du Pacifique des États-Unis. Là où deux plaques océaniques convergent, l’une est subduite, une fosse profonde se forme, et la lave et les débris rejetés s’entassent sur le fond marin jusqu’à ce qu’un volcan émerge des flots ; ces volcans sont typiquement alignés en chaînes courbes appelées arcs insulaires, comme les Mariannes et les Aléoutiennes.
Le deuxième contexte est une zone d’expansion, où les plaques s’écartent et où le magma monte du manteau pour créer une croûte nouvelle. La dorsale médio-atlantique s’ouvre d’environ 2,5 cm par an, et l’Islande, qui la chevauche, se sépare entre les plaques nord-américaine et eurasienne. Au volcan Krafla, dans le nord-est de l’Islande, les fissures du sol se sont élargies et la déchirure entre 1975 et 1984 a totalisé environ 7 m, certains épisodes s’accompagnant d’éruptions. L’essentiel du volcanisme le long des dorsales du monde se produit sur le fond océanique, hors de vue.
Le troisième contexte est le point chaud, une région durable et anormalement chaude sous une plaque. L’USGS dit que la grande majorité des séismes et des éruptions ont lieu près des limites de plaques, mais il y a des exceptions : les îles Hawaï se sont formées au milieu de l’océan Pacifique, à plus de 3 200 km de la limite de plaques la plus proche. L’USGS compte environ 1 350 volcans potentiellement actifs dans le monde, sans compter les ceintures volcaniques continues du fond océanique, et beaucoup se trouvent autour du Pacifique, dans la région appelée Ceinture de feu.
Pourquoi un volcan est plat et un autre est un cône raide
La forme d’un volcan dépend surtout de son magma. Le magma basaltique contient environ 50 % de silice et s’écoule comme un sirop épais : son gaz s’échappe donc tranquillement et la lave coule loin ; de nombreuses coulées de ce type construisent un volcan bouclier, large et aux pentes douces. Le Mauna Loa à Hawaï en est l’exemple classique : il s’élève à 4 169 mètres au-dessus de la mer et d’environ 9 à 10 kilomètres au-dessus du fond marin, et c’est le plus grand volcan actif de la Terre par le volume. Le magma à 65 à 70 % de silice est visqueux comme du miel froid, retient le gaz jusqu’à ce que la pression le fasse éclater, et donne une éruption explosive avec cendres et nuages de cendres. Les vrais volcans dépendent aussi de la forme du conduit : c’est donc un modèle simplifié.
L’USGS regroupe les volcans en quatre grands types : cônes de cendres, volcans composites, volcans boucliers et dômes de lave. Les volcans composites, appelés aussi stratovolcans, sont des cônes raides et symétriques faits de couches alternées de lave, de cendres, de scories et de blocs, et peuvent s’élever jusqu’à 8 000 pieds (environ 2 400 m) au-dessus de leur base ; le Fuji, le Shasta, le Rainier et le mont Saint Helens en sont des exemples. Les cônes de cendres sont les plus simples et sont construits à partir de scories éjectées d’un seul évent.
On a vu naître un cône de cendres. En 1943, un cône a commencé à pousser dans une ferme près du village de Parícutin, au Mexique. Pendant neuf ans d’activité, il a construit un cône d’environ 1 200 pieds (environ 365 m) de haut, couvert de cendres environ 100 miles carrés (260 kilomètres carrés) et détruit la ville de San Juan. L’USGS note que des géologues du monde entier l’ont étudié et ont beaucoup appris sur le volcanisme.
Hawaï, les points chauds et ce que construisent les volcans
En 1963, le géophysicien canadien J. Tuzo Wilson a proposé l’idée du point chaud : une source de chaleur profonde et immobile sous la plaque pacifique fait fondre partiellement la roche, et le magma monte pour construire un volcan sur le fond marin, qui grandit jusqu’à devenir une île. Puis le mouvement de la plaque emporte l’île loin du point chaud, le volcanisme s’arrête et un nouveau volcan démarre au-dessus du point chaud. Il en résulte une ligne d’îles d’autant plus anciennes et érodées qu’elles sont loin du point chaud.
Les chiffres concordent. L’USGS dit que les plus anciennes roches volcaniques de Kauai, l’île habitée la plus au nord-ouest d’Hawaï, ont environ 5,5 millions d’années et sont très érodées, alors que sur la Grande Île, la plus au sud-est de la chaîne, les plus anciennes roches visibles ont moins de 0,7 million d’années et de la roche nouvelle se forme encore. Kauai est à environ 500 km de la Grande Île : en divisant 500 km par environ 5 millions d’années, on obtient environ 10 cm par an, proche de la vitesse de la plaque pacifique (tout cela sont des estimations).
Les volcans ne font pas que détruire. L’Islande et la chaîne d’Hawaï ont été construites par eux, et les cendres et la lave se décomposent en un sol riche en minéraux, ce qui explique que l’on cultive sur les pentes des volcans. En revanche, Ready.gov avertit que la lave et d’autres débris peuvent s’écouler jusqu’à 100 mph (environ 160 km/h) et que les cendres peuvent voyager sur des centaines de miles et causer de graves problèmes de santé.
Ce que disent les conseils officiels pour vivre près d’un volcan
Les conseils de Ready.gov sont pratiques. Connaissez le risque de votre région et demandez à la gestion locale des urgences les plans d’évacuation et d’abri. Inscrivez-vous au Volcano Notification Service, un service gratuit qui envoie des notifications sur l’activité volcanique. Préparez des provisions pour plusieurs jours, répétez avec votre famille un plan de communication et d’évacuation et prévoyez quoi faire des animaux de compagnie et du bétail.
Pendant une alerte volcanique, écoutez les informations d’urgence et suivez les ordres d’évacuation ou de mise à l’abri. Si l’on vous conseille d’évacuer, faites-le tôt. Évitez les zones sous le vent et les vallées fluviales en aval du volcan, car le vent et la gravité transportent les débris et les cendres. Si vous devez rester dans les cendres, abritez-vous temporairement, couvrez les ouvertures de ventilation et calfeutrez portes et fenêtres, limitez le temps passé dehors, utilisez un masque certifié bien ajusté, comme un N95, et évitez de conduire dans de fortes cendres.
Après une éruption, écoutez les autorités pour savoir quand il est sûr de sortir ou de revenir. Ne montez pas sur votre toit pour retirer les cendres sans consignes ou formation, car les cendres rendent les surfaces glissantes et sont lourdes. Les observatoires surveillent les volcans actifs avec des instruments, mais personne ne devrait compter pouvoir lire seul les signes avant-coureurs : suivez les services officiels.
Comment le VJOURNAL SMART BOOK le montre
Le chapitre « Les volcans » du SMART BOOK gratuit « Tout sur tout », tome II, sur VITON13 SCHOOL suit ce voyage en cinq courts moments : du noyau de la Terre jusqu’au cratère, le magma qui cherche une sortie, magma fluide et visqueux, le Mauna Loa face au Fuji, et le Krakatoa, Pompéi, ainsi que les îles et le sol que construisent les volcans. À côté du texte, une image 3D vivante où les couches de la Terre brillent d’autant plus qu’on descend, et où une colonne de roche incandescente monte dans le cône.
Sous l’image se trouve un bac à sable d’éruption où l’on augmente la teneur en silice et en gaz et où l’on voit le style passer d’une rivière de lave tranquille à une explosion. Le chapitre se termine par trois faits et un quiz de trois questions, et chaque chiffre provient des sources citées plus bas.
En mots simples
Secouez une bouteille d’eau gazeuse et ouvrez-la : le gaz retenu s’échappe d’un coup et projette le liquide. Un volcan, c’est la même chose avec de la roche fondue. En profondeur, la roche fond un peu, le magma, plus léger, flotte vers le haut, la pression sur lui baisse, son gaz se change en bulles et il jaillit par le haut.
À vous de jouer
Ouvrez le chapitre « Les volcans » du SMART BOOK « Tout sur tout », tome II, et dans le bac à sable de l’éruption réglez d’abord la silice bas, puis montez-la, en gardant le gaz identique, et notez comment l’éruption change.
Résultat attendu
Avec peu de silice (environ 50 %), le magma est fluide, le gaz s’échappe tranquillement et l’on voit une rivière de lave calme ; avec beaucoup de silice (65 à 70 %), il est visqueux, retient le gaz et donne une explosion.
Vérifiez votre réponse: Kauai a environ 5 millions d’années et se trouve à environ 500 km de la Grande Île, qui est au-dessus du point chaud d’Hawaï. À quelle vitesse la plaque pacifique s’est-elle déplacée, en cm par an ?
Environ 10 cm par an : 500 km font 50 000 000 cm, et divisés par 5 000 000 d’années cela donne 10 cm par an, proche des 7 à 10 cm par an de la plaque pacifique (une estimation).
Questions et réponses
Comment se forment les volcans, en une phrase ?
Une partie de la roche souterraine fond en magma, plus léger que la roche autour, qui monte par les fissures et jaillit en surface, et les éruptions répétées s’empilent en un volcan.
Où se forment la plupart des volcans ?
Près des bords des plaques tectoniques : là où une plaque plonge sous une autre (zones de subduction) et là où les plaques s’écartent (dorsales d’expansion). Beaucoup se trouvent autour de l’océan Pacifique, dans la Ceinture de feu. Quelques-uns, comme Hawaï, se forment sur des points chauds loin des limites de plaques.
Combien y a-t-il de volcans actifs ?
L’USGS compte environ 1 350 volcans potentiellement actifs sur Terre, sans compter les ceintures volcaniques continues du fond océanique, et environ 500 d’entre eux sont entrés en éruption à l’époque historique.
Quelle est la différence entre magma et lave ?
Le magma est de la roche fondue sous terre. Quand il atteint la surface et s’écoule, on l’appelle lave.
Pourquoi certaines éruptions sont-elles explosives ?
Le magma visqueux et riche en silice (65 à 70 % de silice) retient son gaz dissous jusqu’à ce que la pression le fasse éclater, et donne une éruption explosive avec des cendres. Le magma basaltique fluide (environ 50 % de silice) laisse le gaz s’échapper tranquillement, et sa lave coule loin.
Comment recevoir les alertes officielles sur l’activité volcanique ?
Aux États-Unis, Ready.gov recommande le service gratuit Volcano Notification Service, qui envoie des notifications sur l’activité volcanique. Ailleurs, renseignez-vous auprès de votre gestion locale des urgences ou de votre observatoire volcanologique sur leur système d’alerte, et suivez tôt les ordres d’évacuation.
Les volcans se forment là où la roche fond en un magma plus léger qui monte et jaillit, surtout aux bords des plaques et au-dessus de quelques points chauds ; la viscosité du magma fixe la forme et la violence, et le conseil officiel est de suivre les ordres d’évacuation et de partir tôt. Pour modifier vous-même la silice et le gaz et voir l’éruption changer, ouvrez le chapitre gratuit « Les volcans » du VJOURNAL SMART BOOK.
Sources et lectures
- USGS: This Dynamic Earth, understanding plate motions ↗Sources consultées:
- USGS: This Dynamic Earth, hotspots ↗Sources consultées:
- USGS: Volcanoes, principal types of volcanoes ↗Sources consultées:
- USGS: How many active volcanoes are there on Earth? ↗Sources consultées:
- Ready.gov: Volcanoes (before, during and after) ↗Sources consultées: