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Le secret des nuages mortels des éruptions volcaniques

Un homme, de dos, observe une coulée pyroclastique.
Un homme observe une coulée pyroclastique sur les pentes du mont Sinabung, un volcan actif en Indonésie, le 16 octobre 2014. Photo: Associated Press / Binsar Bakkara
Renaud Manuguerra-Gagné

C'est un coussin d'air qui facilite la dangereuse course des coulées pyroclastiques, ces nuages brûlants rejetés lors d'éruptions volcaniques, selon une étude qui montre aussi comment ces écoulements peuvent traverser de grandes distances aussi rapidement.

À elles seules, les coulées pyroclastiques sont responsables de plus de 50 % des décès liés aux éruptions volcaniques à travers le monde.

Elles transportent des milliers de tonnes de matériaux incandescents, parfois sur des centaines de kilomètres, sans être ralenties par des terrains accidentés ou des pentes ascendantes. Même si elle est composée de particules solides, cette matière se comporte comme le ferait une vague liquide.

Or, il est difficile de savoir exactement comment ces nuages de débris et de gaz défient la friction, car leur côté imprévisible combiné à leur dangerosité rend leur étude difficile pour les scientifiques.

Une équipe de chercheurs américains et néo-zélandais a toutefois contourné ce problème en recréant partiellement le phénomène en laboratoire. Selon leurs observations (Nouvelle fenêtre), il s’avère que le nuage pyroclastique ne touche pratiquement jamais le sol et se déplacerait plutôt sur son propre coussin d’air.

Des murs de feu

Tous les volcans ne sont pas en mesure de créer des coulées pyroclastiques. Ces dernières peuvent d’abord survenir lors d’éruptions de type pliniennes, c’est-à-dire quand le volcan projette des milliers de tonnes de cendres et de débris surchauffés à des kilomètres d’altitude.

En s’élevant dans les airs, cette colonne va graduellement refroidir, jusqu’au moment où la chaleur ne sera plus suffisante pour maintenir son ascension. Elle va alors s’effondrer sur elle-même et dévaler le long des pentes du volcan comme une avalanche. C’est le type d’éruption qui a emporté la ville de Pompéi en l’an 79.

Dans certains cas, il arrive aussi qu’une éruption explosive soudaine fasse s’effondrer un des pans du volcan, déclenchant ainsi une coulée pyroclastique. C’est ce qui est arrivé, par exemple, lors de l’éruption du mont Saint Helens, aux États-Unis, en 1980.

En fonction des éruptions, ces nuages auront des températures de 200 à 1000 degrés Celsius et se déplaceront à des vitesses variant de 100 à 700 km/h.

Portées par le vent

Pour étudier ce phénomène en toute sécurité, une équipe néo-zélandaise a recréé à petite échelle une coulée pyroclastique. Plus de 1000 kilogrammes de matière volcanique provenant d’une ancienne éruption ont été chauffés à des températures avoisinant les 130 degrés Celsius.

Cette matière a été élevée à 12 mètres dans les airs au moyen d’un monte-charge, puis a été déversée le long d’une pente sur le parcours de laquelle plusieurs caméras et capteurs avaient été installés, permettant de suivre chaque instant de son trajet.

Les chercheurs ont remarqué que ces coulées sont en fait stratifiées en plusieurs couches, et que celles au niveau du sol se déplacent plus lentement que celles en hauteur.

Cette gradation crée une différence de pression qui attire les gaz vers le bas; ceux-ci produisent ainsi un mince coussin d’air entre le nuage de cendre et le sol. Un peu à la manière des aéroglisseurs ou des rondelles se déplaçant sur un jeu de hockey sur table, ce coussin fera alors flotter la cendre chaude au-dessus du sol.

Son rôle sera semblable à celui d’un lubrifiant : il réduira les effets de la friction du sol et permettra ainsi à la coulée d’atteindre ces grandes vitesses, mais aussi de passer par-dessus les montagnes ou les collines sans être ralentie.

Les modélisations obtenues grâce à ces expériences laissent croire qu’un tel phénomène est présent non seulement dans les véritables coulées pyroclastiques, mais aussi lors d’autres événements similaires, comme les avalanches ou les glissements de terrain.

Ces modélisations permettront de mieux prévoir les déplacements de ces dangereux phénomènes et de proposer de meilleurs modèles pour la construction de diverses installations à proximité des volcans.

Science