Comment se forme un volcan ? Du magma profond à l'éruption

On imagine volontiers la Terre comme une boule de lave recouverte d’une fine croûte, que les volcans perceraient çà et là. L’image est fausse, et la réalité est bien plus intéressante. Sous nos pieds, le manteau terrestre est presque entièrement solide ; pour qu’un volcan naisse, il faut d’abord qu’une roche fonde, ce qui n’arrive que dans des conditions bien particulières. Voici comment le magma se forme, comment il remonte, comment il construit un relief, et pourquoi le Piton de la Fournaise déverse tranquillement ses coulées quand la Montagne Pelée a rasé une ville.

Un volcan commence par une roche qui fond

La définition est simple. Comme l’écrit le dossier consacré au volcanisme par Géorisques, le portail public des risques animé avec le BRGM, les volcans se forment lorsque du magma — un mélange de roches en fusion, de gaz et d’éléments solides — est émis à la surface de la Terre. Toute la question est donc : d’où vient ce magma ?

Le manteau, qui s’étend de quelques dizaines à près de 2 900 kilomètres de profondeur, est chaud mais maintenu solide par l’énorme pression qui l’écrase. Il ne fond que partiellement, et seulement quand l’un de ces trois ingrédients entre en jeu :

• une baisse de pression : quand une roche chaude remonte rapidement, la pression diminue plus vite que sa température, et une petite partie fond. C’est la fusion par décompression, le moteur des dorsales océaniques et des points chauds ;
• un apport d’eau : l’eau abaisse le point de fusion des roches, comme le sel fait fondre la glace sur une route. C’est ce qui se passe au-dessus des plaques océaniques qui plongent dans le manteau ;
• un apport de chaleur : un magma très chaud qui stationne sous la croûte peut en faire fondre une partie.

La roche ne fond jamais entièrement : quelques pour cent de liquide suffisent. Moins dense que la roche qui l’entoure, ce liquide s’infiltre entre les grains, se rassemble et commence à monter.

Trois décors où naissent les volcans

La répartition des volcans n’a rien d’aléatoire : elle est régie, rappelle Géorisques, par la tectonique des plaques et les points chauds.

Les dorsales. Au milieu des océans, deux plaques s’écartent. Le manteau remonte pour combler le vide, se décomprime et fond : la majorité du magma terrestre naît là, en silence, sous des kilomètres d’eau, et fabrique en continu le plancher océanique. L’Islande est l’un des rares endroits où une dorsale émerge. Des oiseaux venus de loin y font escale ou y nichent, comme le courlis corlieu qui relie l’Afrique de l’Ouest à l’Islande en quelques jours.

Les zones de subduction. Quand une plaque océanique s’enfonce sous une autre, elle entraîne avec elle de l’eau piégée dans ses minéraux et ses sédiments. En profondeur, cette eau est libérée ; comme le détaille la ressource Eduterre de l’ENS de Lyon sur le magmatisme de subduction, les fluides issus de la déshydratation de la plaque plongeante percolent dans le manteau situé au-dessus et y provoquent une fusion partielle. C’est l’origine de la « ceinture de feu » du Pacifique et, chez nous, de l’arc des Petites Antilles, avec la Montagne Pelée en Martinique et la Soufrière en Guadeloupe.

Les points chauds. Certains volcans surgissent au milieu d’une plaque, loin de toute frontière. Ils sont nourris par un panache de manteau plus chaud qui remonte depuis les profondeurs et perce la plaque qui défile au-dessus. Hawaï en est l’exemple classique ; La Réunion et son Piton de la Fournaise en sont un autre. L’isolement de ces îles, surgies de l’océan, en fait des laboratoires de l’évolution, riches en espèces qu’on ne trouve nulle part ailleurs : c’est l’une des facettes de la biodiversité française, portée en grande partie par l’outre-mer.

Et l’Auvergne ? Elle ne rentre dans aucune de ces cases. Selon l’analyse publiée par Planet-Terre, le site de géologie de l’ENS de Lyon, le volcanisme du Massif central ne correspond exactement à aucun des trois types classiques. Il serait lié à l’étirement et à l’amincissement de la lithosphère européenne sous l’effet de la convergence avec l’Afrique : le manteau, en remontant sous cette zone amincie, s’est décomprimé et a fondu. L’activité y a débuté il y a environ 20 millions d’années.

De la chambre magmatique à l’éruption

Le magma ne file pas d’une traite vers la surface. Il s’accumule souvent dans des réservoirs situés à quelques kilomètres de profondeur, où il peut séjourner des années ou des siècles, se refroidir en partie, cristalliser et s’enrichir en gaz. Ces gaz sont d’abord dissous dans le liquide, comme le gaz carbonique dans une bouteille d’eau pétillante fermée. Géorisques en donne la composition : de l’eau avant tout, jusqu’à 95 %, puis du dioxyde de carbone, des gaz soufrés et quelques gaz acides.

Quand le magma remonte, la pression baisse et ces gaz forment des bulles qui grossissent, allègent le mélange et accélèrent sa montée : c’est la bouteille qu’on débouche. Tout dépend alors de la viscosité du magma. Un magma fluide, pauvre en silice, laisse les bulles s’échapper facilement : l’éruption est effusive, avec des fontaines et des coulées de lave émises entre 700 et 1 200 °C selon Géorisques. Un magma visqueux, riche en silice, emprisonne les gaz jusqu’à ce que la pression le fasse éclater en fragments : l’éruption devient explosive, projetant des bombes de plus de 6,4 centimètres, des lapillis et des cendres fines, dans des panaches qui peuvent dépasser 40 kilomètres d’altitude.

C’est cette différence qui sépare les deux grands volcans français d’outre-mer. Le Piton de la Fournaise, nourri d’un basalte fluide, entre en éruption régulièrement et ses coulées restent le plus souvent confinées dans l’enclos inhabité. La Montagne Pelée, alimentée par un magma visqueux de subduction, produit des dômes qui bouchent le conduit et des coulées pyroclastiques, ces avalanches brûlantes de gaz et de débris, entre 250 et 800 °C, que Géorisques décrit comme l’aléa volcanique le plus meurtrier des XXe et XXIe siècles. En 1902, l’une d’elles a détruit la ville de Saint-Pierre.

Comment le relief se construit

Une éruption, c’est de la matière qui s’empile. Géorisques distingue les volcans construits sur une longue durée, au fil d’éruptions successives, de ceux nés d’un seul épisode. Parmi les premiers, les volcans-boucliers, faits surtout de coulées fluides, s’étalent en pentes douces : c’est le cas du Piton de la Fournaise. Les stratovolcans, eux, alternent coulées, cendres et brèches, et dessinent des cônes plus raides : la Montagne Pelée, la Soufrière, le Sancy ou le Cantal. Les seconds, dits monogéniques, sont « créés en une fois » : cônes de scories, dômes ou maars, ces cratères d’explosion parfois remplis d’eau. La Chaîne des Puys, en Auvergne, en aligne des dizaines.

Un volcan ne se forme pas seulement à terre. Beaucoup naissent au fond de l’océan, et certaines éruptions sous-marines libèrent des radeaux de pierre ponce, une roche si bulleuse qu’elle flotte et dérive sur des centaines de kilomètres.

Ce que deviennent les volcans, et ce qu’il faut retenir

Un volcan qui se tait n’est pas forcément éteint. Les géologues parlent de volcan actif pour un édifice qui a connu des éruptions récentes à l’échelle géologique ; les puys d’Auvergne, dont les dernières éruptions remontent à quelques milliers d’années, restent ainsi sous surveillance scientifique. Les volcans des Antilles et de La Réunion sont suivis en permanence par les observatoires de l’Institut de physique du globe de Paris, qui mesurent les séismes, les déformations du sol et les gaz.

Sur les coulées refroidies, enfin, la vie revient vite : lichens et fougères d’abord, puis arbustes et forêts. En Auvergne, les hêtraies qui couvrent les flancs des puys flamboient chaque automne sur des sols nés de la lave. Si vous visitez la Chaîne des Puys ces prochaines semaines, cherchez la différence entre un cône de scories, rougeâtre et friable, et un dôme de lave massive comme le puy de Dôme : vous aurez sous les yeux deux manières de construire un volcan. Et si vous habitez près d’un volcan actif, retenez que les consignes de sécurité viennent de la préfecture et des observatoires, jamais d’un article.