Le magmatisme et les roches magmatiques
Un volcan n'est que la partie visible d'un processus qui commence en profondeur : une roche solide fond, le magma monte, puis une nouvelle roche se forme en refroidissant. Le contexte géodynamique détermine le type de magma, de volcan et de roche. Pourquoi la chaîne des Puys, en Auvergne, ne ressemble-t-elle ni à l'Islande ni à la Montagne Pelée ? Tu pourras répondre à la fin de la page.
Pourquoi une roche fond : la formation des magmas
Le manteau est à plus de $1\,000\ ^\circ\mathrm{C}$ et pourtant il est presque entièrement solide, à cause de la pression énorme qu'il subit. Pourtant, par endroits, de la roche fondue apparaît. Dans quelles conditions une roche solide profonde peut-elle fondre ?
Dans une dorsale, le manteau (péridotite) remonte presque sans perdre de chaleur : la roche remontante rencontre des conditions de pression plus faibles pour lesquelles sa température dépasse celle du solidus, et elle commence à fondre. C'est la fusion partielle par décompression : seule une partie de la péridotite fond, ce qui donne un magma de composition basaltique.
Dans une zone de subduction, la plaque plongeante est hydratée (elle a été altérée par l'eau de mer près de la dorsale). En s'enfonçant, elle libère de l'eau, qui monte dans le coin de manteau situé au-dessus. Cette eau abaisse la température de fusion de la péridotite : elle fond sans que la température augmente. Sur un diagramme de phases de la péridotite, la courbe de fusion de la roche hydratée passe sous celle de la roche sèche. Dans la plaque plongeante, le basalte hydraté se transforme en schiste bleu puis en éclogite, roches métamorphiques dont les minéraux hydroxylés perdent leur eau au fil du métamorphisme et libèrent ainsi les fluides.
Définir le magma et expliquer les trois facteurs qui peuvent provoquer la fusion d'une roche de l'intérieur de la planète : augmentation de la température, diminution de…
Définir le magma et expliquer les trois facteurs qui peuvent provoquer la fusion d'une roche de l'intérieur de la planète : augmentation de la température, diminution de la pression et apport d'eau.
Dans les dorsales, le magma se forme par fusion par décompression et, dans les subductions, par apport d'eau. Expliquer en quoi consiste chaque mécanisme et expliquer…
Dans les dorsales, le magma se forme par fusion par décompression et, dans les subductions, par apport d'eau. Expliquer en quoi consiste chaque mécanisme et expliquer pourquoi l'eau libérée par la plaque plongeante fait fondre le manteau sus-jacent même si la température n'augmente pas.
Les trois contextes du magmatisme
Des laves prélevées sur la dorsale médio-atlantique, dans les Andes ou à La Réunion n'ont ni la même couleur, ni la même densité, ni la même composition chimique. Pourquoi la tectonique des plaques commande-t-elle le type de magma et de roche ?
Les magmas qui arrivent près de la surface peuvent aussi changer de composition en route. Par cristallisation fractionnée, les premiers minéraux à cristalliser (riches en fer et magnésium, comme l'olivine) se séparent du liquide. Le magma restant s'appauvrit en fer et en magnésium et s'enrichit en silice : les magmas évolués sont donc plus siliceux.
Expliquer pourquoi la plupart des volcans actifs de la planète sont alignés avec les limites des plaques lithosphériques, et citer une région volcanique associée à une…
Expliquer pourquoi la plupart des volcans actifs de la planète sont alignés avec les limites des plaques lithosphériques, et citer une région volcanique associée à une limite divergente et une autre associée à une limite convergente.
Associer chaque contexte de magmatisme au type de roches magmatiques qu'il produit — dorsale océanique, zone de subduction et point chaud — en choisissant entre roches…
Associer chaque contexte de magmatisme au type de roches magmatiques qu'il produit — dorsale océanique, zone de subduction et point chaud — en choisissant entre roches basiques (basalte, gabbro) et roches intermédiaires ou felsiques (andésite, granite), et citer un archipel célèbre issu d'un point chaud.
Différencier magma et lave, et roche plutonique (intrusive) et roche volcanique (extrusive), en donnant un exemple de chaque roche et en expliquant où chacune se…
Différencier magma et lave, et roche plutonique (intrusive) et roche volcanique (extrusive), en donnant un exemple de chaque roche et en expliquant où chacune se refroidit.
Un magma de même composition peut donner une roche plutonique ou une roche volcanique. Expliquer, à partir de leur histoire de refroidissement, la différence entre un…
Un magma de même composition peut donner une roche plutonique ou une roche volcanique. Expliquer, à partir de leur histoire de refroidissement, la différence entre un granite et une rhyolite, et quel trait de leur texture permet de les distinguer à l'œil nu.
En remontant, un magma change de composition par cristallisation fractionnée. Expliquer en quoi consiste ce processus (quels minéraux cristallisent en premier, ce qu'il…
En remontant, un magma change de composition par cristallisation fractionnée. Expliquer en quoi consiste ce processus (quels minéraux cristallisent en premier, ce qu'il advient du magma résiduel) et pourquoi les magmas évolués finissent plus riches en silice.
La coupe du schéma montre trois contextes où se forment des magmas (1 à 3). a) Identifier chacun d'eux. b) Expliquer le mécanisme de fusion à l'œuvre dans chaque…
La coupe du schéma montre trois contextes où se forment des magmas (1 à 3). a) Identifier chacun d'eux. b) Expliquer le mécanisme de fusion à l'œuvre dans chaque contexte : diminution de pression, apport d'eau ou anomalie thermique du manteau. c) Indiquer quel type de roche magmatique en résulte dans chaque cas.
Viscosité du magma et type d'éruption
Le Piton de la Fournaise (La Réunion) émet des coulées fluides qu'on peut observer de près, alors que la Montagne Pelée (Martinique) a détruit Saint-Pierre en 1902 en quelques minutes. Quelle propriété du magma explique que certains volcans coulent tranquillement et d'autres explosent ?
Expliquer ce qu'est la viscosité d'un magma, de quels trois facteurs elle dépend (teneur en silice, température et gaz dissous) et comment la viscosité influe sur le…
Expliquer ce qu'est la viscosité d'un magma, de quels trois facteurs elle dépend (teneur en silice, température et gaz dissous) et comment la viscosité influe sur le caractère tranquille ou explosif d'une éruption.
Différencier un strato-volcan d'un volcan bouclier : forme de l'édifice, composition et viscosité de leurs laves, type d'éruption dominant et un exemple de chacun (le…
Différencier un strato-volcan d'un volcan bouclier : forme de l'édifice, composition et viscosité de leurs laves, type d'éruption dominant et un exemple de chacun (le Teide ou le Vésuve face à Hawaï).
Un rapport de vulgarisation affirme : « L'arc insulaire des Aléoutiennes présente un volcanisme tranquille et effusif parce que l'eau de mer environnante refroidit le…
Un rapport de vulgarisation affirme : « L'arc insulaire des Aléoutiennes présente un volcanisme tranquille et effusif parce que l'eau de mer environnante refroidit le magma et le rend stable ; en revanche, l'Islande subit de continuelles éruptions pliniennes dévastatrices parce qu'elle est située sur une dorsale océanique ouverte ». a) Réfuter de façon argumentée ces deux affirmations : déterminer le contexte tectonique réel de chaque zone et justifier quel type d'éruption prédomine dans chacune selon la viscosité, la teneur en silice et le dégazage du magma. b) Prévoir et comparer les deux principaux dangers volcaniques directs (lahars, coulées de lave, écoulements pyroclastiques, cendres) qui menacent la population dans chacun de ces deux scénarios.
Une équipe de volcanologie analyse des échantillons de deux éruptions sous-marines récentes : le volcan A émet des laves fluides avec 49 % de $\text{SiO}2$ et moins de…
Une équipe de volcanologie analyse des échantillons de deux éruptions sous-marines récentes : le volcan A émet des laves fluides avec 49 % de $\text{SiO}_2$ et moins de 0,5 % de $\text{H}_2\text{O}$ ; le volcan B, situé derrière une fosse océanique, rejette des laves visqueuses et des pyroclastes avec 68 % de $\text{SiO}_2$ et 4,2 % de volatils. a) Justifier l'origine thermique et compositionnelle du magma du volcan A, en déduisant pourquoi la fusion par décompression adiabatique dans les dorsales n'engendre guère de différenciation. b) Justifier les deux processus géochimiques qui ont transformé le liquide initial du volcan B en un magma felsique explosif, en détaillant le rôle du manteau lithosphérique sus-jacent et des fluides libérés par la plaque subduite.
En 2021, l'éruption du Tajogaite (La Palma, contexte intraplaque) a émis des laves basaltiques qui ont avancé le long du versant en ensevelissant des constructions, mais…
En 2021, l'éruption du Tajogaite (La Palma, contexte intraplaque) a émis des laves basaltiques qui ont avancé le long du versant en ensevelissant des constructions, mais en permettant des évacuations organisées. En revanche, en 2008, le volcan Chaitén (Chili, zone de subduction) s'est réveillé brutalement avec une colonne plinienne de plus de 20 km de hauteur de cendres rhyolitiques et l'effondrement de dômes pyroclastiques. a) À partir des conditions de fusion du manteau et de l'évolution magmatique dans chaque contexte géodynamique, justifier pourquoi la rhéologie (viscosité et gaz) des deux magmas était si différente. b) En tant que conseiller de la Sécurité civile, justifier pourquoi les mesures d'évacuation et de délimitation de zones d'exclusion appliquées à La Palma auraient été inutiles et mortelles face à un événement comme celui du Chaitén.
Les points chauds et les structures volcaniques
Un point chaud est une zone fixe du manteau où remonte un panache de matière anormalement chaude. La plaque lithosphérique se déplace au-dessus : le volcan situé juste au-dessus du panache est actif, puis il est entraîné loin de la source et s'éteint, tandis qu'un nouveau volcan se forme. On obtient une chaîne d'îles alignées dont l'âge augmente avec la distance au point chaud (Hawaï, La Réunion et l'île Maurice). La direction de l'alignement indique le sens du déplacement de la plaque ; l'écart d'âge et la distance donnent sa vitesse.
Une caldeira est une grande dépression circulaire formée par l'effondrement du toit d'une chambre magmatique vidée lors d'une grosse éruption (Santorin, Yellowstone). Elle est bien plus large qu'un cratère, simple dépression au sommet du conduit. À La Réunion, l'Enclos Fouqué, dépression qui entoure le sommet du Piton de la Fournaise, est un exemple français d'effondrement de ce type.
Quand une coulée de basalte refroidit, elle se contracte et se fracture : si le refroidissement est régulier, les fractures forment un réseau de prismes le plus souvent hexagonaux (disjonctions colonnaires), comme aux orgues d'Espaly, près du Puy-en-Velay. La forme hexagonale est la plus efficace : les fractures se répartissent de façon uniforme, chaque tension se relâche avec un minimum de fissures, et les prismes à 6 côtés recouvrent toute la surface sans vide, avec la plus faible longueur totale de fractures.
Les points chauds engendrent des chaînes d'îles volcaniques alignées selon l'âge, comme l'archipel d'Hawaï. Expliquer comment cette chaîne se forme à mesure que la…
Les points chauds engendrent des chaînes d'îles volcaniques alignées selon l'âge, comme l'archipel d'Hawaï. Expliquer comment cette chaîne se forme à mesure que la plaque se déplace au-dessus du point chaud et pourquoi l'âge des îles constitue un enregistrement du mouvement de la plaque.
Les « disjonctions colonnaires » découpent certaines coulées de basalte en prismes hexagonaux parfaits (les Orgues de La Gomera). Expliquer quel processus physique les…
Les « disjonctions colonnaires » découpent certaines coulées de basalte en prismes hexagonaux parfaits (les Orgues de La Gomera). Expliquer quel processus physique les produit lorsque la lave se refroidit (contraction thermique et fracturation) et pourquoi la géométrie hexagonale est la plus efficace.
Observer la chronologie suivante du début du volcanisme de surface aux Canaries : Fuerteventura (il y a environ 20 Ma), Tenerife (il y a environ 12 Ma), La Palma (il y a…
Observer la chronologie suivante du début du volcanisme de surface aux Canaries : Fuerteventura (il y a environ 20 Ma), Tenerife (il y a environ 12 Ma), La Palma (il y a environ 2 Ma) et El Hierro (il y a 1,1 Ma). Pourtant, Fuerteventura et Tenerife ont connu une activité volcanique à l'Holocène, et le Teide est un strato-volcan actif. a) Si l'archipel répondait fidèlement à un panache mantellique fixe et thermique de type Hawaï sous une plaque lithosphérique en mouvement, quelle activité éruptive s'attendrait-on à trouver aujourd'hui à Fuerteventura et à Lanzarote ? Justifier l'écart avec les données réelles. b) Pour résoudre cette anomalie, deux modèles ont été proposés : la tectonique de fractures se propageant depuis l'Atlas et un panache mantellique pulsant sous une plaque quasi stationnaire. Concevoir quelles observations géophysiques (comme la tomographie sismique profonde) ou géochimiques permettraient de confirmer ou d'écarter l'existence d'un panache thermique profond sous les îles.
Les produits du volcanisme et ses risques
Un volcan émet trois types de produits (leurs aérosols de $\mathrm{SO_2}$, s'ils atteignent la stratosphère, peuvent refroidir le climat quelques années) : des coulées de lave (risque : destruction de bâtiments et de cultures, mais elles laissent souvent le temps d'évacuer), des pyroclastes (cendres, lapilli, bombes ; risques : toitures effondrées, trafic aérien perturbé, nuées ardentes) et des gaz (vapeur d'eau, $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{SO_2}$ ; risques : intoxication, pluies acides).
Exemple : le Tambora (1815, IEV 7) a émis environ $100\ \mathrm{km^3}$ de pyroclastes. Une éruption d'IEV 5, deux degrés plus bas, émet environ $100 \div 10^2 = 1\ \mathrm{km^3}$.
Retour au début : la chaîne des Puys, volcanisme intraplaque de basaltes et de trachytes, n'a rien de commun avec l'Islande (dorsale, basaltes fluides) ni avec la Montagne Pelée (subduction, magma andésitique visqueux et riche en gaz). Chaque contexte impose son mécanisme de fusion, donc sa composition et son type d'éruption.
Nommer les trois grands groupes de produits émis par un volcan (coulées de lave, pyroclastes et gaz) et associer à chacun un risque concret pour les populations proches.
Nommer les trois grands groupes de produits émis par un volcan (coulées de lave, pyroclastes et gaz) et associer à chacun un risque concret pour les populations proches.
Qu'est-ce qu'une caldeira volcanique et comment se forme-t-elle ? La différencier d'un cratère et citer un exemple en Espagne ou dans le monde (Las Cañadas del Teide,…
Qu'est-ce qu'une caldeira volcanique et comment se forme-t-elle ? La différencier d'un cratère et citer un exemple en Espagne ou dans le monde (Las Cañadas del Teide, Santorin, Yellowstone).
Expliquer ce que mesure l'indice d'explosivité volcanique (IEV), avec quels paramètres il est calculé (volume de matériaux émis, hauteur de la colonne éruptive) et…
Expliquer ce que mesure l'indice d'explosivité volcanique (IEV), avec quels paramètres il est calculé (volume de matériaux émis, hauteur de la colonne éruptive) et pourquoi il s'agit d'une échelle ouverte, semblable à l'échelle de magnitude des séismes.
En 2021, la lave du Tajogaite est entrée dans la mer et a construit une nouvelle fajana. Décrire les processus qui se produisent lorsque la lave entre en contact avec…
En 2021, la lave du Tajogaite est entrée dans la mer et a construit une nouvelle fajana. Décrire les processus qui se produisent lorsque la lave entre en contact avec l'eau de l'océan (refroidissement brutal, nuages de vapeur acide, fragmentation) et les risques supplémentaires pour la population et pour la pêche.
L'indice d'explosivité volcanique (VEI) est une échelle logarithmique relative au volume de téphra émis (à partir du VEI 2, chaque augmentation d'un degré multiplie par…
L'indice d'explosivité volcanique (VEI) est une échelle logarithmique relative au volume de téphra émis (à partir du VEI 2, chaque augmentation d'un degré multiplie par 10 le volume émis). L'éruption du Tambora (1815) a atteint un VEI 7 et a expulsé environ $100\ \text{km}^3$ de pyroclastes, provoquant « l'année sans été » de 1816. a) Si un volcan actuel entre en éruption avec un VEI 5, calculer le volume approximatif de téphra émis et justifier pourquoi deux éruptions de VEI identique peuvent avoir des impacts climatiques mondiaux totalement différents, en considérant la composition chimique initiale du magma et la latitude du volcan. b) Reconstituer la cascade d'impacts que subirait le système socio-économique mondial contemporain, très interconnecté, si une éruption de VEI 7 avait lieu aujourd'hui en zone intertropicale, en analysant l'effet sur la production agricole mondiale et sur les chaînes d'approvisionnement.