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Formes de relief volcaniques, processus et risques

Volcanic landforms, processes and hazards on volcanoes
Jean-Claude Thouret, David Chester, Angus Duncan et Cliff Ollier
p. 211-215

Texte intégral

Texte intégral en libre accès disponible depuis le 01 octobre 2009.

1Six ans après les numéros thématiques 2 et 3 (2001) de la revue « Géomorphologie : relief, processus, environnement » consacrés à la géomorphologie volcanique et deux ans après le Supplement Band 140 de la revue Zeitschrift für Geomorphologie, voici une nouvelle publication dédiée à ce champ de recherches. Elle résulte de la sélection d’une douzaine de communications présentées lors de la session « Formes de relief et risques volcaniques » de la 6è Conférence internationale de Géomorphologie à Zaragoza (Espagne) en septembre 2005, et elle comprend également des contributions postérieures. La diversité des auteurs et des exemples traités témoigne de l’activité de l’ex-groupe de travail de l’Association Internationale de Géomorphologie (1997-2005), dont les participants se sont attachés à analyser le façonnement des formes de relief originales issues de l’activité volcanique. Les six articles choisis sont le fruit de la réflexion de 17 auteurs provenant d’Equateur, des Etats-Unis, de la France, de la Hongrie, du Japon, du Mexique, de Nouvelle Zélande, du Portugal et du Royaume Uni. Ces contributions s’articulent autour de trois thèmes : (1) la mesure des processus d’érosion dans les terrains volcaniques à partir des formes de relief ou des dépôts pyroclastiques ; (2) la destruction des édifices volcaniques provoquée par des mouvements de masse rapides ou par des processus d’érosion « banale » plus lents ; (3) les processus volcaniques, sismo-volcaniques ou morphodynamiques créateurs de dommages potentiels sur les édifices actifs, généralement instables.

2La mesure des processus et du rythme de l’érosion dans les terrains volcaniques peut être conduite selon deux démarches : l’observation et l’expérimentation in situ ou analogique.

3Y. Hidetsugu et T. Sugai, chercheurs japonais de l’université de Tokyo, nous proposent de comprendre comment l’un des mouvements de masse les plus volumineux survenus au centre du Japon a parcouru, il y a environ 24 000 ans, une distance exceptionnelle à l’aval du volcan Asama. En effet, une avalanche de débris a été canalisée jusqu’à 90 km de distance tout en gardant les propriétés rhéologiques d’un écoulement par gravité en un seul événement. Les auteurs mettent en lumière le rôle exercé par la morphologie en V et la forte pente de la vallée Agatsuma sur le transport, instantané à l’échelle géologique, d’une masse de 5 km3 de débris ; cette vallée a agi comme un corridor canalisant l’avalanche vers la plaine de Kanto à l’aval, dont la topographie ample et plane a au contraire favorisé l’étalement du dépôt. En se fondant sur la géométrie de la vallée préexistante et sur l’examen des lithofaciès de l’avalanche de débris, les auteurs plaident en faveur de la prise en compte du réseau de drainage autour des volcans d’arc insulaire, afin d’évaluer les effets des formes et des modelés fluviaux sur le mode de transport et les distances inhabituelles parcourues par les avalanches de débris.

4La mesure des processus d’érosion est également conduite par des expérimentations, soit in situ sur un édifice volcanique actif, soit par une analyse numérique en laboratoire.

5Les géomorphologues s’attachent souvent à utiliser les produits volcaniques et notamment les coulées de lave pour reconstituer des paléo-topographies et en déduire une vitesse d’érosion sur des dizaines de milliers d’années, voire des millions d’années. Il est salutaire de mettre en garde les chercheurs en pointant les pièges guettant cette démarche, qui semble pourtant bien balisée. Forts de leur expérience acquise sur des édifices monogénétiques, surtout phréatomagmatiques, en Nouvelle Zélande et en Hongrie, K. Nemeth, U. Martin et G. Csillag insistent sur la nécessité d’une double approche dans la mesure du rythme de l’érosion en terrains volcaniques : d’une part la détermination des lithofaciès pyroclastiques, tant dans les maars et diatrèmes récents que dans leurs homologues érodés ; mais aussi la définition des milieux paléogéographiques et l’évolution des dépôts dans les cratères taillés par les éruptions phréatomagmatiques ou magmatiques les plus récentes. Si l’on prétend reconstituer avec grande précision une topographie antérieure aux éruptions, aujourd’hui érodée ou fossilisée, leur modèle révèle que trois facteurs cruciaux interviennent dans la réflexion et le calcul : le type de produits volcaniques au sein d’un maar, déterminé grâce à l’analyse des lithofaciès ; le mode de mise en place des épanchements de lave sur la topographie environnant l’appareil ou dans l’évent au moment de l’éruption, qui dépend du type de roches encaissantes ; enfin la compaction, la diagenèse et les déformations éventuelles du remplissage du maar. En fait les textures des roches pyroclastiques dans et autour de l’évent fournissent des arguments pour identifier les roches encaissantes et la morphologie des maars et des diatrèmes, souvent masqués aujourd’hui : de larges maars superficiels dans des roches meubles et, au contraire, des maars en forme de « coupe de champagne » dans des roches résistantes.

6Les processus d’érosion « banale » agissant aujourd’hui sur les pentes des volcans actifs sont mieux étudiés sur des parcelles expérimentales équipées. Un second groupe de chercheurs japonais, Y. Ogawa, H. Daimaru et A. Shimuzu, oeuvrant à l’institut forestier de Tsukuba, a mesuré le ruissellement et sa charge solide sur deux parcelles expérimentales situées sur le flanc sud-ouest du volcan Unzen, à la suite de l’épisode éruptif de 1991-1995. Ils ont équipé et observé une parcelle artificiellement ensemencée après l’éruption et une autre qu’ils avaient artificiellement saupoudrée avec des cendres semblables à celles qui étaient retombées durant cet épisode. Pour mieux comprendre comment et pourquoi les particules des dépôts pyroclastiques meubles sont de moins en moins mobilisées une fois l’éruption terminée, les mesures ont été effectuées durant trois années sous des abats d’eau habituels mais aussi sous des pluies plus intenses. Les auteurs démontrent ainsi le rôle joué par deux facteurs essentiels dans la diminution du ruissellement et sa charge solide : d’une part, la perméabilité hypodermique, qui décroît à cause de la migration des cendres dans la couche superficielle de la parcelle, l’érosion du voile de cendres ayant rétabli la capacité d’infiltration du sol dépourvu de végétation ; d’autre part, la colonisation végétale sur la parcelle ensemencée, qui a ralenti le ruissellement en stabilisant les dépôts pyroclastiques meubles. Le quotient S/Q mis en avant par les auteurs a l’avantage de refléter l’état de surface des parcelles : ce rapport entre la charge solide transportée par le ruissellement et le volume total d’eau ruisselée sur les parcelles dépend directement de l’état stable ou instable de la surface des dépôts pyroclastiques.

7Les comparaisons entre un objet d’étude, tel que déduit des mesures in situ, et son modèle peuvent être réalisées à l’aide d’outils numériques. Les algorithmes disponibles autorisent l’emploi de techniques mathématiques et de la simulation numérique si l’on veut reconstituer l’évolution des édifices volcaniques, en l’occurrence des cônes ou des dômes érodés. À l’aide d’un algorithme développé en C++, Jean-François Parrot a déterminé, à l’université nationale autonome de Mexico, quels sont les paramètres indispensables pour la reconstitution de la forme initiale d’un cône volcanique et son évolution. Il retient d’abord huit paramètres essentiels calculés à l’aide d’un M.N.T. précis, puis il réduit à deux le nombre de ces variables critiques, à savoir l’altitude de la ligne de base du cône et les coordonnées d’un point considéré comme le centre du cratère. Le calcul à l’aide de l’algorithme, appuyé sur le MNT, engendre une forme de relief qui correspondrait à celle du volcan avant l’érosion. Disposant de la forme initiale de l’appareil, J.-F. Parrot parvient ainsi à mesurer le volume de matériaux érodé ; cette démarche est appliquée aux cas du volcan Jocotitlán au centre du Mexique, qui a subi un important glissement de terrain, et à deux édifices de la région de Chichinautzín près de Mexico. Cette méthode quantitative permet de tester les modèles d’évolution des édifices monogénétiques, voire des appareils composites, de mesurer leur âge relatif, et de déterminer quels sont les paramètres cruciaux auxquels peuvent être désormais consacrées les mesures sur le terrain et la mise à l’échelle des modèles analogiques en laboratoire.

8Les aléas et risques directs sont induits par l’activité volcanique et sismo-volcanique tandis que les aléas et risques indirects résultent d’une combinaison de processus géodynamiques et géomorphologiques.

9Le diagnostic traditionnel consiste à examiner un par un les processus géodynamiques qui peuvent engendrer des aléas et des risques dans une zone peuplée, sur un édifice volcanique instable situé dans une région sismogénique. Des chercheurs britanniques et portugais associés, N. Wallenstein, A. Duncan, D.K. Chester et R. Marques, nous présentent les aléas et les risques indirectement liés au volcan Fogo sur l’île São Miguel. Ces derniers sont indirects car ils se déclenchent en dehors des éruptions. Contrôlés par des mécanismes tectoniques, hydrothermaux, gravitaires et hydrologiques, des séismes, des émanations de gaz toxiques, des glissements de terrain et des coulées de boue surviennent sur cette île volcanique à cause de son instabilité chronique. La sismicité régionale représente l’aléa le plus grave, des intensités supérieures à IX ayant été enregistrées entre le XVIe et le XXe siècle. Les gaz, notamment le CO2, sont émis dans les zones hydrothermales actives. Les glissements de terrain et des crues éclair sont déclanchés par des tremblements de terre et par de fortes pluies. Une coulée de boue dévastatrice s’est produite en 1522 lors d’un séisme d’intensité IX sur l’échelle Mercalli. Les auteurs ont cartographié ces phénomènes et évalué les dégâts potentiels qui surviendraient lors de mouvements de masse et de coulées de débris dans le secteur affecté par le désastre de 1522 (Villa Franco do Campo), qui compte maintenant 11 000 habitants. Ainsi, les aléas indirects sont aussi importants à prendre en compte dans un diagnostic que ceux, directs ou synéruptifs, traditionnellement cartographiés autour d’un volcan actif.

10Une autre direction de recherche consiste à évaluer, d’après le terrain et des techniques géomatiques, l’aléa induit par des écoulements engendrés par un édifice volcanique actif, à partir de l’identification des dépôts récents préservés dans les vallées radiales et les piémonts. Grâce à une recherche conjointe française, suisse et américaine, S. Ettinger, P. Mothes, R. Paris et S. Schilling ont étudié la répartition spatiale et les caractéristiques sédimentologiques des dépôts de lahar attribués à l’éruption catastrophique du volcan Cotopaxi en Equateur en 1877. Ils ont ensuite estimé la vulnérabilité des établissements et des populations le long de la vallée Jatunyacu sur le flanc oriental. Ces informations croisées dans un SIG ont été englobées dans le code de simulation semi-empirique « LAHARZ », qui permet de délimiter grossièrement les zones susceptibles d’être inondées si un lahar de la magnitude de celui de 1877 se produisait à nouveau dans cette région. Ces écoulements volumineux mais assez rares sont engendrés par une combinaison de facteurs concomitants : les interactions de l’activité éruptive avec la couverture de glace et de neige, les dépôts volcanoclastiques meubles, une vallée dont la morphologie favorable achemine rapidement les écoulements depuis la Sierra jusqu’au piémont et à la plaine amazonienne. Constatons tout de même que la calotte glaciaire du Cotopaxi est beaucoup moins étendue que celle de 1877, d’une part, et que les simulations, empiriques, reposent sur une cartographie des dépôts attribués à l’éruption de 1877, dont la distribution et la chronologie ne sont pas toujours avérées, d’autre part.

11Ces articles ont le mérite d’illustrer quelques-unes des méthodes scientifiques et techniques qui visent à améliorer l’investigation actuelle dans le champ de la géomorphologie volcanique. Le contrôle exercé par les morphologies des vallées radiales autour d’un volcan doit être évalué dans les modèles de mise en place des mouvements de masse considérables, qui aboutissent à détruire rapidement une grande partie d’un édifice. Les dépôts et les formes volcaniques doivent être prudemment utilisés lorsqu’on cherche à reconstituer des paléo-topographies, car il faut prendre en compte les lithofaciès et l’évolution paléogéographique du milieu où ont été créés les appareils. Des mesures approfondies de l’érosion des versants sous des conditions diverses, y compris artificiellement recrées, rapprochent l’expérimentation des sites naturels ; un « budget sédimentaire » (volumes de matériaux subissant ablation, transport et accumulation) reste l’objectif des mesures annuelles des processus de « dénudation » sur les dépôts meubles des édifices volcaniques. L’identification et la sélection d’un petit nombre de paramètres critiques rendent les modèles analogiques et numériques plus conformes à l’évolution des appareils étudiée in situ. Aux côtés de la méthode classique du diagnostic des risques sur un édifice actif et instable, il faut mener de front des études des aléas indirects, qui dépendent aussi du contexte géodynamique et géomorphologique de l’appareil. Le calibrage des codes de simulation numériques passe par l’incorporation des caractéristiques rhéologiques des écoulements à modéliser. On sait aussi que les multiples facteurs et le système complexe de la vulnérabilité interviennent autant que l’aléa dans le diagnostic des risques. Enfin, les recherches qu’entreprennent les géomorphologues en terrains volcaniques ont toujours pour objectif final l’application des diagnostics dans des espaces densément peuplés, afin d’aider la prise de décision en cas de crise grâce à la sensibilisation des populations menacées et des autorités responsables des mesures de prévention et de gestion des risques.

12Nous remercions les 18 relecteurs français et étrangers qui ont bien voulu consacrer une partie de leur temps à améliorer ces contributions, ainsi que le comité de rédaction et trois collaborateurs, qui ont enrichi la langue anglaise de ce numéro spécial. Depuis 2001, ces derniers ont su mettre leur talent au profit de la Revue en aidant à la publication de quatre volumes rassemblant les travaux des géomorphologues spécialistes des « formes, des processus et des risques volcaniques ».

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Pour citer cet article

Référence papier

Jean-Claude Thouret, David Chester, Angus Duncan et Cliff Ollier, « Formes de relief volcaniques, processus et risques », Géomorphologie : relief, processus, environnement, 3/2007 | 2007, 211-215.

Référence électronique

Jean-Claude Thouret, David Chester, Angus Duncan et Cliff Ollier, « Formes de relief volcaniques, processus et risques », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], 3/2007 | 2007, mis en ligne le 01 octobre 2009, consulté le 23 novembre 2014. URL : http://geomorphologie.revues.org/3682

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Jean-Claude Thouret

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