On pourrait croire qu’il s’agit du vapotage d’un titan couché dans l’herbe mais non, ces ronds de fumée qui s’élèvent dans le ciel sont bel et bien produits par certains volcans, dont l’Etna. Un phénomène surprenant qui nous en apprend plus sur la morphologie des conduits volcaniques et les processus de dégazage qui se jouent en profondeur.
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La nature nous a habitués à des phénomènes étranges, mais celui-ci est pour le moins surprenant : au-dessus du cratère d'un volcan s'élève lentement un parfait cercle de fumée. Un spectacle rare mais pas inhabituel pour certains volcans comme l’Etna ou le célèbre Eyjafjallajökull d'Islande. Si la génération de ces ronds de fumée volcaniques dépend beaucoup des conditions météo, elle est surtout liée à des processus qui se jouent au sein des conduits volcaniques.
De là est née l'idée que l'observation et l'étude de ce phénomène pourraient permettre de nous en apprendre plus sur le fonctionnement des volcans. Une équipe de scientifiques s'est donc mise à traquer ces manifestations volcaniques étonnantes dans le but de mieux décrire les processus qui en sont à l'origine. Les chercheurs ont ainsi parcouru InternetInternet à la recherche d'images et de vidéos présentant ce phénomène.
Les résultats montrent que les anneaux font généralement entre 9 et 200 mètres de diamètre et sont capables de survivre une dizaine de minutes dans le ciel. Ils sont généralement de couleurcouleur blanche, suggérant qu'il s'agit principalement de vapeur d’eau, avec parfois une couleur grise en lien avec la présence de cendres.
Des anneaux de fumée rarement vus sur l'Etna filmés par Geoff Mackley le 8 juin 2000. © Geoff Mackley
Une histoire de bulles dans le magma
Pour comprendre la façon dont ces ronds de fumée sont produits, les chercheurs ont réalisé des modélisationsmodélisations numériquesnumériques du mouvementmouvement des gazgaz et des bulles à l'intérieur d'un volcan. À première vue, le procédé semble relativement similaire à celui utilisé par un fumeur : la vapeur émise par le volcan ou exhalée par une personne est ralentie au contact des parois du conduit volcanique ou de la bouche. Le gaz se met alors à tourner sur lui-même, formant un anneau qui va s'élever dans l'airair.
Mais alors qu'un fumeur peut produire des ronds de fumée à volonté (avec un peu d'entrainement), ce n'est pas le cas des volcans. Seuls certains sont en effet capables de produire ces anneaux de vapeur, qui demeurent des phénomènes rares et ne se produisant pas de manière régulière. Il existe donc des paramètres variables qui expliquent que ces anneaux de vapeur ne sont produits qu'occasionnellement.
Les modélisations réalisées par les scientifiques et publiées dans la revue Scientific Reports montrent en effet que la formation de ces anneaux de vapeur est intimement liée à la façon dont le magma va se dégazer. Il faut savoir que le magma contient de grandes quantités de gaz dissous, principalement de l'eau et du CO2. Lors de la remontée vers la surface et avec la diminution de la pressionpression, ces gaz vont finir par former de petites bulles qui vont alors vouloir s'échapper du liquideliquide magmatique. Le dégazage du magma est un phénomène normal, associé à toutes les éruptions, quelles qu'elles soient. Il y a cependant des variabilités de paramètres, notamment de viscosité du magma, qui vont permettre un dégazage plus ou moins facile et rapide. C'est ainsi que l'on va assister soit à des éruptions effusives avec coulées de laves (lave fluide, dégazage facile), soit à des éruptions explosives (lave visqueuse, dégazage difficile).
De précieuses informations sur le système volcanique
Dans le cas qui nous intéresse, de petites bulles vont se former dans le magma et se rassembler dans des poches sous pression à l'intérieur des conduits volcaniques plus ou moins obstrués. Lorsque la pression devient trop forte, la poche explose, éjectant rapidement le gaz vers la sortie à travers un réseau de fracture qui permet le maintien d'une certaine pression, et donc d'une vitessevitesse élevée.
Cette notion de vitesse est importante pour expliquer la formation des anneaux de vapeur, mais ce n'est pas la seule. La quantité de gaz éjectée à chaque fois ne doit pas être trop importante (entre 21 et 42 m3) et la bouche volcanique d'où s'échappe la bouffée de gaz doit également posséder une forme particulière : elle doit être circulaire ou légèrement écrasée, ce qui explique déjà pourquoi les volcans possédant des ouvertures irrégulières ne produisent jamais de ronds de fumée. Les irrégularités produisent en effet des perturbations qui détruisent l'anneau de gaz à son passage. Les conduits volcaniques laissant s'échapper les gaz trop facilement ne sont également pas capables de produire d'anneaux de vapeur, les gaz ne pouvant atteindre la vitesse nécessaire.
Si la formation de ces anneaux de vapeur donne ainsi des informations précieuses sur la morphologiemorphologie des conduits volcaniques, cela permet également de caractériser plus précisément la nature du magma en profondeur. L'observation de ronds de fumée permet en effet de dire que le magma est fluide, ce qui est plutôt bon signe, les volcans effusifs étant moins dangereux que les volcans explosifs.
