• Arbres, fontaines et tunnels de lave

    Nature insolite

    Les arbres de lave

    Un arbre de lave, aussi rencontré sous le nom anglais lava tree, est une formation volcanique qui correspond à un moulage partiel d'unarbre, généralement le bas de son tronc, par de la lave liquide qui se solidifie autour. 

    Arbres de lave dans le monument d'État de Lava Tree, à Hawaï, aux États-Unis.
    Photographie de C. Heliker

    LES ARBRES DE LAVE


     Formation

    Au contact de la lave portée à des températures proches ou dépassant le millier de degrés Celsius, l'eau contenue dans les tissus de l'arbre qui se vaporise et les gaz volcaniques libérés par la lave créent une couche assez isolante entre la lave et le tronc pour que celui-ci se consume alors assez lentement pour que la lave durcie conserve l'empreinte du végétal. Pour qu'un arbre de lave se forme, il faut que la lave mise en jeu soit très fluide, basaltique généralement de type pāhoehoe mais parfois de type ʻaʻā, que les arbres soient suffisamment épais pour résister à son passage, que ce passage dure suffisamment longtemps pour qu'une couche de lave durcie se forme autour du tronc mais que le niveau de la lave baisse avant que l'arbre ne soit totalement consumé, ce qui détruirait l'arbre de lave en formation.

    Légende

    Dans la mythologie hawaïenne, les arbres de lave sont créés pour la première fois par la déesse Pélé. Perdant une course de hōlua contre un chef de Puna, elle se venge en déversant sur lui un flot de lave, le transformant en pilier de pierre. Les autres chefs hawaïens et les spectateurs de la course, trop proches de la colère de Pélé, sont eux-aussi pris dans la coulée et changés en monolithes.

    (source : wikipedia

    C'est un revêtement de lave autour d'un tronc d'arbre qui a été envahi par un flux de lave liquide.

    Lorsqu'une coulée de lave pahoehoe à très faible viscosité arrive à toute vitesse dans une forêt, la lave liquide va envahir ces arbres, et souvent, ne pouvant pas renverser les plus grands arbres, va s'écouler autour de leur troncs. Les arbres noyés par la lave fluide sont gorgés d’eau, et dans un premier temps la lave chaude entre en contact avec l'écorce au pied du tronc d’arbre, puis dans un second temps, elle va se comporter comme un flot d’inondation et une fine couche de lave se fige sur l’écorce du tronc, suffisamment pour former un revêtement isolant autour du tronc. L'arbre et ses branches brûlent lentement le plus souvent vers le bas, et parfois finit par tomber sur la lave. 

    Les arbres de lave se forment typiquement après une vague de lave très fluide qui déferle rapidement et comme une crue d’une rivière le niveau de lave monte puis diminue, mais encroûtement de lave antérieurement refroidi formera une carapace autour du tronc, tel un moulage de lave creux qui reproduis la forme de l'arborescence initiale jusqu'au niveau de lave le plus élevé au cours de l'éruption.

    Dans certains cas, l'arbre peut même rester debout et demeurer des années comme un squelette noir carbonisé et dans de rares cas, certains arbres peuvent même survivre et continuer à croître après l'éruption. 

    Les arbres de lave se trouvent généralement sur les volcans boucliers basaltiques avec des coulées de laves très fluides tel que le volcan Kilauea à Hawaii. 

    (source : volcanodiscovery)

    Towers of Lava Tree Molds at Lava Trees State Monument, Big Island, Hawaii: Photo by Donnie MacGowan

    LES ARBRES DE LAVE

     

    Les fontaines de lave  

    ARBRES, FONTAINES et tunnels de LAVE

    Fontaine de lave en jet continu d'une dizaine de mètres de hauteur sur le Pu‘u Kahaualea à Hawaï.

     Une fontaine de lave est un type de formation volcanique se rencontrant sur des volcans en éruption rejetant des laves suffisamment fluides et avec un débit suffisamment puissant et régulier pour former à la sortie des différentes bouches volcaniques un jet de lave plus ou moins continu. 

    ARBRES, FONTAINES et tunnels de LAVE 

    Fontaine de lave en forme de dôme d'une vingtaine de mètres de hauteur au Mauna Ulu en 1969 à Hawaï.

    Généralement, une fontaine de lave est composée d'un ensemble de paquets de lave plus ou moins gros qui sont expulsés dans les airs par l'arrivée d'une bulle de gaz volcaniques à la sortie de la bouche volcanique. Ce mode de projection donne des fontaines en forme de plumeau dont le débit et la hauteur sont pulsatiles. Dans le cas ou l'expulsion de la lave est généré par une pression interne plutôt que par l'arrivée d'une bulle de gaz volcaniques, la fontaine de lave peut prendre la forme d'un véritable jet continu de roches en fusion. Si ce jet est vertical et que le débit de lave est important, la fontaine de lave peut alors prendre l'aspect d'un dôme. Dans le cas d'une éruption fissurale, les différentes fontaines de lave peuvent former un véritable rideau de matière en fusion. Le plus étendu de ces murs de lave s'est formé en 1783 sur le Laki en Islande le long de la fissure de 25 kilomètres de longueur.

    Les fontaines de lave sont généralement hautes de quelques mètres à quelques dizaines de mètres mais certaines dépassent plusieurs centaines de mètres. La plus grande fontaine de lave observée le fut sur l'Izu Ōshima en 1986 au Japon avec environ 1 600 mètres de hauteur. Dans le reste du système solaire, la plus haute fontaine de lave observée s'est produite sur le volcan Tvashtar de la lune jovienneIo avec 1 500 mètres de hauteur.

    Généralement, la lave éjectée n'a pas eu assez de temps pour se refroidir et donne naissance à une ou plusieurs coulée de lave une fois retombée. La durée de vie d'une fontaine de lave varie en fonction du maintien des conditions propices à sa formation. Certaines ne durent que quelques minutes tandis que d'autres peuvent rester actives pendant toute une éruption volcanique qui peut s'étaler sur plusieurs semaines voire plusieurs mois.

    (source : wikipedia

    Les tunnels de lave

    ARBRES, FONTAINES et tunnels de LAVE  

    Les tunnels de lave les plus accessibles, dans lesquels il est aisé de circuler, peuvent constituer une attraction touristique.

    Un tunnel de lave est formé par une coulée volcanique qui s'est refroidie en surface en formant une croûte solide mais dont le cœur est resté fluide, permettant à la lave de continuer à s'écouler. Lorsque la coulée cesse d'être alimentée par la lave en fusion, elle se vide et laisse une cavité en forme de galerie. Les dimensions sont très variables ; les plus longs tunnels peuvent atteindre plusieurs kilomètres de développement.

    Les tunnels de lave, que l'on rencontre sur divers sites de volcans rouges à travers le monde, sont associés à un volcanisme de type effusif, généralement de type basaltique. 

    Morphologie et spéléothèmes

    Un morceau de voûte effondrée d'un tunnel de lave actif lors d'une éruption de l'Etna (2004) laisse apparaître le flot incandescent de lave et les stalactites de basalte qui se forment au plafond.
     
    La lave encore pâteuse qui s'est égouttée du plafond de ce tunnel de lave de la Gruta das Torres à l'île de Pico, auxAçores, a formé des stalactites de basalte.

    Les plafonds des tunnels de lave sont souvent ornés de stalactites de basalte figées, qui se sont formées lorsqu'une lave encore pâteuse, ou une roche qui a été ramollie par de nouvelles montées en température, s'est égouttée, phénomène amplifié par l'effet Venturi d'aspiration qui se produit au moment où le tunnel se vide.

    On observe le long des tunnels de lave des banquettes, parfois des planchers suspendus, qui correspondent aux traces des variations de niveau de l'écoulement.

    Les tunnels de lave dans le monde 

    Certains tunnels de lave peuvent ne mesurer que quelques décimètres de diamètre.

    Le plus long tunnel terrestre connu est le Kazumura, à Hawaï avec 59,3 kilomètres.

    Le « Tunnel de l'Atlantide » des îles Canaries est le plus long tunnel de lave sous-marin connu avec plus de six kilomètres.

    En France continentale, des tunnels de lave anciens sont visibles dans le Velay à Monistrol-d'Allier. En outre-mer, les éruptions du Piton de la Fournaise, sur l'île de La Réunion, produisent fréquemment de nouveaux tunnels de lave. Il est maintenant possible de visiter ces tunnels avec des moniteurs professionnels d'activités de montagne.

    Les îles de Sao Miguel, Terceira, Graciosa et Pico aux Açores notamment abritent de nombreux tunnels de lave.

     

    Le volcan le plus actif du monde

    le Kīlauea

    Le Kīlauea ou Kilauea est un volcan des États-Unis situé à Hawaï, dans le Sud-Est de l'archipel et de l'île du même nom. Cevolcan bouclier qui s'est construit au pied du Mauna Loa voisin culmine à 1 246 mètres d'altitude, ce qui en fait l'un des plus imposants du monde si on tient compte de l'empilement total de ses coulées de lave.

    De son sommet couronné par une caldeirade cinq kilomètres de longueur s'égrènent dans deux directions de nombreux cratères, cônes et fissures volcaniques sur plusieurs dizaines de kilomètres de longueur. L'une de ces bouches éruptives, le Puʻu ʻŌʻō, est en éruption continue depuis le 3 janvier 1983 ce qui fait du Kīlauea l'un des volcans les plus actifs au monde en prenant en compte les 52 éruptions qu'il a connues pour le seul xx siècle. Ces éruptions qui ont défini le type éruptif hawaïen sont marquées par une lave d'une grandefluidité issue du point chaud d'Hawaï et qui a donné naissance aux autres volcans de l'archipel. Basaltique, très peu visqueuse et avec une faible teneur en silice ce qui permet son dégazage sans explosions, la lave émise par le Kīlauea forme généralement des fontaines, des lacs et des coulées de lave.

    D'autres formations comme les cheveux et larmes de Pélé ou encore le Limu o Pele sont fréquentes sur le Kīlauea mais rares voire inexistantes sur d'autres volcans. Les coulées de lave recouvrent de grandes étendues et morcellent la végétation, une forêt tropicale humide à l'est et une formation végétale broussailleuse plus sèche et plus clairsemée à l'ouest. Ce remodelage quasi permanent du paysage associé aux croyances ancestrales ainsi qu'à la faible implantation humaine de cette partie de l'archipel d'Hawaï n'ont ainsi pas contribué au développement des zones habitées. Ces dernières se concentrent sur le littoral pacifique au nord-est avec toutefois un alignement de petites localités depuis cette côte jusqu'au sommet.

    Pour les Hawaïens, le Kīlauea est la demeure de Pélé, déesse hawaïenne des volcans et du feu. C'est elle qui déclenche lesséismes en frappant le sol avec son pied et provoque les éruptions en utilisant son Paʻoa, un bâton magique. Divinité parmi les plus importantes de la mythologie hawaïenne, elle faisait l'objet d'un important culte au sommet du volcan, culte qui se perpétue encore aujourd'hui avec quelques offrandes et danses en son honneur. Cet héritage culturel, géologique et environnemental du Kīlauea est protégé par plusieurs réserves naturelles ainsi que par le parc national des volcans d'Hawaï, l'un des plus fréquenté des États-Unis, qui couvre aussi le Mauna Loa. Le volcan fait l'objet d'une surveillance et d'études depuis la création de l'observatoire volcanologique d'Hawaï en 1912. Installé sur le rebord de la caldeira, l'organisme emploie de nombreux scientifiques et dispose d'une panoplie d'instruments de mesure qui font progresser la recherche volcanologique. 

     
     
    Localisation
     
     
    Carte de localisation du Kīlauea par rapport aux autres volcans de l'île d'Hawaï.

    Le Kīlauea est situé aux États-Unis, dans le centre de l'océan Pacifique et de l'Océanie, dans le Nord de la Polynésie. Il se trouve dans le Sud-Est de l'archipel d'Hawaï et de l'île du même nom, entre l'océan Pacifique au sud et le Mauna Loa au nord-ouest.

    Administrativement, il fait partie du comté d'Hawaï dans l'État américain d'Hawaï et s'étend sur le district de Kaʻū pour son sommet et son flanc occidental ainsi que le district de Puna pour son flanc oriental. La majorité du volcan, notamment son sommet, son flanc occidental et une partie de son flanc oriental, est incluse dans le parc national des volcans d'Hawaï10. D'autres aires protégées comme la réserve naturelle nationale de Kahaualeʻa et les réserves forestières d'État d'Olaʻa, de Nanawale, de Malama Ki et de Keauohana couvrent une partie du flanc oriental.

     Le Kīlauea se présente sous la forme d'une montagne allongée dans le sens nord-est-sud-ouest d'une superficie de 1 430 km2, soit 13,7 % de l'île d'Hawaï, et d'un volume de 25 000 à 35 000 km3. Recouvrant le flanc sud-est du Mauna Loa, elle est couronnée par une caldeira et ses flancs sont parcourus par deux rifts matérialisés par un ensemble de cratères, de cônes, defissures volcaniques et leurs coulées de lave associées. Son sommet, appelé Uwēkahuna ou Uwēkahuna Bluff, est constitué du rebord Nord-Ouest de la caldeira sommitale du volcan. Il s'élève à 4 089 pieds soit 1 246,2 mètres d'altitude selon le dernier relevé du United States Geological Survey effectué en 1993 et qui est matérialisé par une borne géodésique. D'autres altitudes indiquant 1 222, 1 228, 1 243 ou encore 1 247 mètres existent selon différentes sources. Cette caldeira, longue de cinq kilomètres, large de trois kilomètres et profonde de 165 mètres, est formée d'un ensemble de falaises, d'escarpements et de failles grossièrement circulaires. Elle renferme dans sa partie Sud-Ouest un cratère en forme de puits, le Halemaʻumaʻu, siège de l'activité volcanique sommitale. Le Kīlauea est très peu proéminent puisque le col qui le sépare du Mauna Loa, le sommet plus élevé le plus proche du Kīlauea, ne se trouve qu'à quelques centaines de mètres au nord-ouest du sommet et dépasse les 1 200 mètres d'altitude.

    Depuis la caldeira s'étendent les flancs du volcan. Ceux-ci ont une pente faible caractéristique des volcans boucliers, notamment en direction du sud-ouest et de l'est. Dans ces deux directions, deux crêtes peu marquées correspondant à deux rifts, les rifts Est et Sud-Ouest, s'éloignent du sommet en direction de l'océan Pacifique et se prolongent sous l'eau dans le cas du rift Est avec la ride de Puna. Ils correspondent à deux zones de faiblesse du volcan où s'injecte préférentiellement la lave. Il en résulte un alignement de dizaines de cratères, de cônes et de fissures volcaniques dans ces deux directions. Parmi les plus importants comme le Mauna Ulu, le Kīlauea Iki, le Mauna Iki, le Nāpau ou encore leMakaopuhi, le Puʻu ʻŌʻō est le siège de l'activité volcanique sur les flancs du volcan depuis 1983. Au sud du sommet, entre les deux rifts, des ruptures de pente appelées pali et pouvant prendre la forme de falaises s'alignent plus ou moins parallèlement au littoral. Les côtes rocheuses sont essentiellement constituées de falaises maritimes, généralement de un à cinq mètres de hauteur, et comportent quelques plages de sable noir. Une petite île, l'île Keaoi, s'est détachée de l'île principale d'Hawaï et se trouve à proximité immédiate de la côte méridionale du volcan. 

    Géologie

    Structure et tectonique

     
    Vue en coupe du Kīlauea montrant l'alimentation du rift Est par lachambre magmatique située sous le sommet.
     
     
    Carte géologique du Kīlauea.

    Le Kīlauea est un volcan bouclier typique construit par l'empilement successif de multiples coulées de lave entre lesquelles s'intercalent quelques couches localisées de téphras. Cet édifice est né du point chaud d'Hawaï, singularité géologique ayant donné naissance aux autres volcans de l'archipel. Le Kīlauea fut considéré jusqu'au début du xxè siècle comme une structure satellite duMauna Loa car construit sur son flanc Sud-Est, ce qui lui impose sa forme asymétrique. Cette supposition était fondée sur le comportement éruptif de ces deux volcans qui ont tendance à alterner leurs périodes éruptives. Ainsi, entre 1934 et 1952, le Kīlauea connaît une inhabituelle accalmie alors que le Mauna Loa est actif et à partir de 1952, c'est au tour du Kīlauea de connaître des éruptions alors que le Mauna Loa retourne dans une phase de sommeil interrompue par les brèves éruptions de 1975 et 1984. Toutefois, cette hypothèse d'un lien très étroit entre les deux volcans est invalidée par la mise en évidence d'une chambre magmatique du Kīlauea indépendante de celle du Mauna Loa. Celle-ci est située à 1,5 kilomètres de profondeur sous le sommet et possède des ramifications qui s'étendent à plus de soixante kilomètres de profondeur dans la croûte terrestre.

    Les coulées de lave émises par le Kīlauea peuvent parcourir plusieurs kilomètres voire plusieurs dizaines de kilomètres. Elles entrent fréquemment dans l'océan Pacifique, ce qui agrandit l'île d'Hawaï lorsque la quantité de matériaux volcaniques l'emporte sur l'érosion maritime21. Au point d'entrée dans l'océan, la coulée peut donner naissance à un delta de lave, structure instable s'effondrant périodiquement et créant des couches d'éboulis sur les flancs immergés du volcan. Combiné à la structure asymétrique du Kīlauea, ces glissements de terrain participent à l'instabilité générale du volcan. Ainsi, son flanc Sud est affecté par un effondrement massif, le Hilina Slump, qui se prolonge sous la mer. Chaque glissement de ce pan du volcan dans l'océan est accompagné de séismes qui peuvent être puissants, parfois d'une magnitude supérieure à 7 comme en 1975. Des failles se forment sur les flancs de la montagne et finissent par créer des pali, des ruptures de pente qui peuvent prendre la forme de véritables falaises.

    Pétrologie

     
    Lave ʻaʻā.
     
    Lave pāhoehoe.

    Le magma composant le point chaud d'Hawaï est basaltique et a la particularité de produire deslaves d'une très grande fluidité en raison d'une faible teneur en silice30, d'une faible quantité de gazdissous et d'une très grande température, généralement plus de 1 000 °C et parfois jusqu'à plus de 1 200 °C. Sur le Kīlauea, ce magma forme en surface des coulées de basalte alcalin de type pāhoehoe ou ʻaʻā qui s'étendent jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres de leur lieu d'émission. La proportion entre les laves pāhoehoe et ʻaʻā est dépendante de la distance au sommet du volcan : les laves pāhoehoe sont moins fréquentes en s'éloignant du sommet alors que la part de laves ʻaʻā augmente, notamment à proximité du littoral.

    La quasi-totalité des roches en surface du Kīlauea appartiennent à la série des basaltes de Puna mis en place au Pléistocène et à l'Holocène. Seuls quelques affleurements n'appartenant pas à cette série se trouvent dans le Sud-Ouest du volcan. Il s'agit de la série des basaltes de Hilina et de dépôts d'éjectas mis en place au Pléistocène. À proximité de l'océan Pacifique et de l'extrémité méridionale du rift Sud-Ouest du Kīlauea, le cône de Puehu, pourtant situé sur le flanc Sud du Mauna Loa, appartient néanmoins au Kīlauea d'un point de vue géologique.

    Comportement éruptif

     
    Fontaine de lave en arche du Puʻu ʻŌʻōen 1983.

    Les éruptions du Kīlauea ont servi à définir le type hawaïen. Elles sont marquées par un faible indice d'explosivité volcanique allant de 0 à 1 sur une échelle comportant 8 degrés en raison de l'émission d'une lave d'une grande fluidité. Cette lave, de type basaltique, est pauvre ensilice, donc peu visqueuse, et portée à de très hautes températures ce qui facilite son dégazage et sa rapide évacuation de la bouche éruptive. Suivant les conditions propres à chaque éruption, la lave peut être éjectée sous la forme d'une fontaine plus ou moins puissante voire sous la forme d'un lac de lave. Des deux rifts et de la caldeira s'épanchent des coulées qui peuvent parcourir plusieurs dizaines de kilomètres, soit en surface, soit via des tunnels de lave, et ainsi atteindre l'océan Pacifique. Se déversant sur les pentes du volcan, elle forme des coulées de lave pāhoehoe ou ʻaʻā qui brûlent la végétation, recouvrent les routes et les sentiers, exceptionnellement détruisent desbâtiments et finissent parfois par se jeter dans l'océan distant de plusieurs kilomètres.

    Des formations volcaniques rendues possibles uniquement avec une lave d'une telle fluidité sont observés sur ses pentes, comme des arbres de lave, des cheveux et larmes de Pélé, desLimu o Pele, des tunnels de lave, etc. Le risque humain lié à ce type d'éruptions effusives est en revanche très faible comparé aux éruptions explosives car même si la lave peut progresser à une vitesse de plusieurs kilomètres par heure, elle laisse le temps aux populations d'évacuer les zones menacées. Certaines éruptions du Kīlauea atteignent ou dépassent un indice d'explosivité volcanique de 2. Il s'agit soit d'éruptions effusives marquées par un important volume de lave émis comme celles de 1959 ou de 1960, soit des rares éruptions explosives du Kīlauea comme celle de mai 1924 marquée par une importante activité phréato-magmatique ou celle de 1790, la plus puissante avec un indice d'explosivité de 4. Le nombre d'éruptions volcaniques qu'a connu ce volcan, 64 depuis la découverte de l'archipel par James Cook en 1778 dont 52 pour le seul xxè siècle, font du Kīlauea l'un des volcans les plus actifs du monde. 

     (source : wikipedia

     
     
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