Volcans

Cendre volcanique



Un danger volcanique souvent sous-estimé dans sa portée géographique et son impact.


Panache de cendres volcaniques du volcan Cleveland, situé sur l'île Chuginadak dans la chaîne des îles Aléoutiennes au large de l'Alaska. Image de la NASA prise par Jeff Williams, ingénieur de vol, à partir de la Station spatiale internationale. Image plus grande.

Qu'est-ce que la cendre volcanique?

Les cendres volcaniques sont constituées de particules de taille de poudre à sable de roche ignée qui ont été soufflées dans l'air par un volcan en éruption. Le terme est utilisé pour désigner le matériau lorsqu'il est dans l'air, après sa chute au sol, et parfois après sa lithification en roche. Les termes «poussière volcanique» et «cendre volcanique» sont tous deux utilisés pour le même matériau; cependant, la "poussière volcanique" est plus appropriée pour les matériaux en poudre.

Cendre volcanique du mont St. Helens, éruption de 1980. Image USGS, D.E. Wieprecht. Image plus grande.

Tephra / Terminologie pyroclastique

Nom de particuleLa taille des particules
Blocs / Bombesplus de 64 mm (2,5 pouces)
Lapillimoins de 64 mm (2,5 pouces)
Cendre volcaniquemoins de 2 mm (0,079 pouces)
Poussière volcanique
(Cendres volcaniques fines)
moins de 0,063 mm (0,0025 pouces)
«Tephra» et «pyroclastiques» sont des termes généraux utilisés en référence aux particules de roches ignées de différentes tailles qui ont été éjectées des volcans. Ils sont classés par taille. Les termes "cendre" et "poussière" communiquent une taille spécifique de téphra ou de particules pyroclastiques. Celles-ci sont résumées dans le tableau ci-dessus.

Particule de cendres volcaniques vu avec un microscope électronique à balayage. Image USGS par A.M. Sarna-Wojcicki. Image plus grande.

Propriétés des cendres volcaniques

À première vue, la cendre volcanique ressemble à une poudre douce et inoffensive. Au lieu de cela, les cendres volcaniques sont un matériau rocheux d'une dureté d'environ 5+ sur l'échelle de dureté de Mohs. Il est composé de particules de forme irrégulière avec des arêtes vives et dentelées (voir vue microscopique). Combinez la dureté élevée avec la forme irrégulière des particules et les cendres volcaniques peuvent être un matériau abrasif. Cela donne à ces minuscules particules la possibilité d'endommager les fenêtres des aéronefs, d'être un irritant pour les yeux, de provoquer une usure inhabituelle sur les pièces mobiles de l'équipement avec lesquelles elles entrent en contact et de causer de nombreux autres problèmes abordés ci-dessous dans la section "Impact des cendres volcaniques".

Les particules de cendres volcaniques sont de très petite taille et ont une structure vésiculaire avec de nombreuses cavités. Cela leur donne une densité relativement faible pour un matériau rocheux. Cette faible densité, combinée à la très petite taille des particules, permet aux cendres volcaniques d'être transportées très haut dans l'atmosphère par une éruption et transportées sur de longues distances par le vent. Les cendres volcaniques peuvent causer des problèmes à une longue distance du volcan en éruption.

Les particules de cendres volcaniques sont insolubles dans l'eau. Lorsqu'ils deviennent humides, ils forment une boue ou une boue qui peut rendre les routes et les pistes glissantes. Les cendres volcaniques humides peuvent sécher en une masse solide semblable à du béton. Cela lui permet de boucher les égouts pluviaux et de coller dans la fourrure des animaux qui sont à l'air libre lorsque les cendres tombent en même temps que la pluie.

Colonne de cendres volcaniques: Colonne d'éruption du mont St. Helens le 18 mai 1980. Ce dégagement explosif a produit une colonne chaude de téphra ascendant, de gaz volcaniques et d'air entraîné qui s'est élevé à une altitude de 22 kilomètres en moins de dix minutes. De forts vents dominants ont transporté les cendres vers l'est à environ 100 kilomètres à l'heure. En moins de quatre heures, des cendres tombaient sur la ville de Spokane à environ 400 kilomètres de là, et deux semaines plus tard, le nuage d'éruption avait encerclé la terre. Image USGS par A. Post.

Éruptions de cendres et colonnes de cendres

Certains magmas contiennent d'énormes quantités de gaz dissous sous de très hautes pressions. Lorsqu'une éruption se produit, la pression de confinement sur ces gaz est soudainement libérée et ils se dilatent rapidement, se précipitant de l'évent volcanique et emportant avec eux de petits morceaux de magma. L'eau souterraine près d'une chambre magmatique peut être projetée en vapeur avec le même résultat. Ceux-ci sont à l'origine de particules de cendres pour certaines éruptions. L'énorme quantité de gaz chaud, s'échappant et en expansion se précipitant de l'évent peut entraîner une colonne d'éruption de cendres et de gaz chauds dans l'air.

L'image ci-jointe montre une partie de la colonne de cendres produite par l'éruption du mont St. Helens en mai 1980. Lors de cette éruption, la libération explosive de gaz volcaniques chauds dans l'atmosphère a produit une colonne de téphra ascendant, de gaz volcaniques et d'air entraîné qui s'est élevée à une altitude de 22 kilomètres en moins de dix minutes. Ensuite, de forts vents dominants ont transporté les cendres vers l'est à environ 100 kilomètres à l'heure. En moins de quatre heures, des cendres tombaient sur la ville de Spokane à environ 400 kilomètres de l'évent. Deux semaines plus tard, la poussière de l'éruption avait été transportée autour de la Terre.

L'éruption du mont St. Helens était exceptionnelle par sa taille et son intensité. Un dégagement de cendres plus typique est montré dans l'image en haut de cette page. Sur cette image, le volcan Cleveland, situé sur l'île Chuginadak dans la chaîne de l'île des Aléoutiennes en Alaska, libère un petit panache de cendres qui en quelques minutes se détache du volcan et est emporté par le vent.

Carte des cendres volcaniques: Carte montrant la répartition géographique aux États-Unis des retombées de cendres de l'éruption du mont St. Helens, le 18 mai 1980. Image USGS. Carte plus grande.

Épaisseur des cendres: Les dépôts de cendres sont généralement épais et grossiers en taille de particules près du volcan. Cependant, à distance, le dépôt devient plus fin et plus fin.

Panache de cendres: Un long panache de cendres du volcan Chaitén dans le sud du Chili est soufflé à travers le continent. Image plus grande.

Panaches de cendres, chutes de cendres et champs de cendres

Une fois que les cendres sont libérées dans l'air par un volcan, le vent a la possibilité de les déplacer. Ce mouvement, associé à la turbulence de l'air, travaille à répartir les cendres en suspension sur une large zone. Ces nuages ​​de cendres déplacés par le vent sont appelés panaches de cendres. Une image ci-dessous montre un panache de cendres produit par l'éruption du volcan Chaitén dans le sud du Chili le 3 mai 2008. Ce panache commence au Chili, traverse l'Argentine et s'étend sur des centaines de kilomètres au-dessus de l'océan Atlantique, s'étalant au cours de son voyage.

Lorsqu'un panache de cendres s'éloigne de l'évent volcanique, il n'a plus la ruée des gaz qui s'échappent pour le soutenir. Les particules de cendres non supportées commencent à tomber. Les plus grosses particules de cendres tombent en premier et les petites particules restent en suspension plus longtemps. Cela peut produire un dépôt de cendres au sol sous le panache de cendres. Ces dépôts de cendres sont généralement les plus épais près de l'évent et minces avec la distance. Une carte montrant la répartition des cendres de l'éruption du mont St. Helens le 18 mai 1980 est présentée sur cette page.

Un champ de cendres est une zone géographique où le sol a été recouvert par les retombées d'un panache de cendres. Une image ci-dessous montre un champ de cendres à l'est du volcan Chaitén dans le sud du Chili à partir de mai 2008. La couverture de fond blanche de cendres est clairement visible.

Champ de cendres: Un champ de cendres à l'est du volcan Chaitén à partir de mai 2008. Image agrandie.

L'impact des cendres volcaniques

Les cendres volcaniques présentent de nombreux dangers pour les personnes, les biens, les machines, les communautés et l'environnement. Plusieurs d'entre eux sont détaillés ci-dessous.

Impact sur la santé humaine:

Les personnes exposées aux chutes de cendres ou vivant dans un environnement poussiéreux après une chute de cendres peuvent souffrir d'un certain nombre de problèmes. Les problèmes respiratoires comprennent l'irritation du nez et de la gorge, la toux, les maladies de type bronchite et l'inconfort lors de la respiration. Ceux-ci peuvent être réduits avec l'utilisation de masques anti-poussière à haute efficacité, mais l'exposition aux cendres doit être évitée si possible.

Les problèmes à long terme pourraient inclure le développement d'une maladie appelée "silicose" si les cendres ont une teneur en silice importante. L'Institut national américain de la sécurité et de la santé au travail recommande des types de masques spécifiques pour ceux qui sont exposés aux cendres volcaniques. Quiconque souffre déjà de problèmes tels que la bronchite, l'emphysème ou l'asthme doit éviter l'exposition.

Les cendres volcaniques sèches peuvent coller à un œil humain humide et les minuscules particules de cendres provoquent rapidement une irritation des yeux. Ce problème est plus grave chez les personnes qui portent des lentilles de contact. Une irritation cutanée est signalée par des personnes dans les zones de chutes de cendres; cependant, le nombre de cas et leur gravité sont faibles.

Chutes de cendres de Novarupta: Image satellite du paysage autour du volcan Novarupta avec des contours de cendres et une zone d'écoulement pyroclastique de l'éruption de 1912 représentée par des lignes colorées. Image satellite de J. Allen (NASA) utilisant des données de la Global Land Cover Facility de l'Université du Maryland. Cartographie par B. Cole, Geology.com. Image plus grande.

Impact sur l'agriculture:

Le bétail souffre des mêmes problèmes oculaires et respiratoires que ceux décrits ci-dessus pour les humains. Les animaux qui se nourrissent en broutant pourraient devenir incapables de manger si les cendres couvraient leur source de nourriture. Ceux qui mangent à partir d'une source de nourriture recouverte de cendres souffrent souvent d'un certain nombre de maladies. Les agriculteurs des zones de cendres peuvent avoir besoin de fournir des aliments supplémentaires à leurs animaux, de les évacuer ou de les envoyer à un abattage précoce.

Une chute de cendres de quelques millimètres ne cause généralement pas de dommages importants aux pâturages et aux cultures. Cependant, des accumulations de cendres plus épaisses peuvent endommager ou tuer les plantes et les pâturages. Des accumulations épaisses peuvent endommager le sol en tuant les microphytes et en bloquant l'entrée d'oxygène et d'eau. Cela peut entraîner une condition de sol stérile.

Dégâts de cendres volcaniques: Bâtiments endommagés par une chute de cendre mouillée. Image USGS. Image plus grande.

Cendre volcanique: Vidéo de l'USGS expliquant l'impact des cendres volcaniques sur le trafic aérien.

Impact sur les bâtiments:

Les cendres sèches pèsent environ dix fois la densité de la neige fraîche. Une épaisse chute de cendres sur le toit d'un bâtiment peut le surcharger et le faire s'effondrer (voir image). La plupart des bâtiments ne sont pas conçus pour supporter ce poids supplémentaire.

Immédiatement après une lourde chute de cendres, l'un des travaux prioritaires consiste à éliminer les cendres des toits des bâtiments. Si la pluie tombe avant l'élimination des cendres, elle peut être absorbée par les cendres et augmenter le poids. Les cendres humides peuvent avoir une densité vingt fois supérieure à celle de la neige fraîche.

Les cendres volcaniques peuvent remplir les gouttières d'un bâtiment et obstruer les descentes pluviales. Les cendres seules peuvent être très lourdes, et si elles deviennent mouillées par la pluie, le poids tirera souvent les gouttières des maisons. La cendre combinée à l'eau peut être corrosive pour les matériaux de toiture métalliques. Les cendres humides sont également un conducteur et, lorsqu'elles s'accumulent autour des éléments électriques externes d'un bâtiment, elles peuvent entraîner des blessures graves ou des dommages.

Les climatiseurs et les systèmes de traitement d'air peuvent tomber en panne ou être endommagés si leurs filtres sont obstrués ou si leurs évents sont recouverts de cendres volcaniques. Les pièces mobiles de l'équipement peuvent être portées rapidement si des cendres abrasives se glissent entre elles.

Impact sur les appareils:

Les cendres fines et la poussière peuvent s'infiltrer dans les bâtiments et causer des problèmes avec les appareils. Les cendres abrasives peuvent produire une usure inhabituelle sur les pièces mobiles des moteurs électriques. Les aspirateurs, les fours et les systèmes informatiques sont particulièrement vulnérables car ils traitent beaucoup d'air.

Obscurité due à la chute de cendres volcaniques: Les cendres dans l'air peuvent bloquer la lumière du soleil et assombrir les zones sous un panache de cendres en milieu de journée. Volcan Soufrière Hills, image de 1997. Image USGS. Image plus grande.

Impact sur les communications:

Les cendres volcaniques peuvent avoir une charge électrique qui interfère avec les ondes radio et autres émissions transmises par voie aérienne. La radio, le téléphone et l'équipement GPS peuvent ne pas être en mesure d'envoyer ou de recevoir des signaux avec un volcan en éruption à proximité. Les cendres peuvent également endommager les installations physiques telles que les câbles, les tours, les bâtiments et l'équipement nécessaires pour soutenir les communications.

Impact sur les installations de production d'électricité:

Les cendres volcaniques peuvent entraîner l'arrêt des installations de production d'électricité. Ces installations sont parfois fermées pour éviter les dommages causés par les cendres. Ils peuvent rester abaissés jusqu'à ce que les cendres soient enlevées. Cela protège les équipements essentiels contre les pannes mais perturbe le service d'alimentation de millions de personnes.

Cendres volcaniques sur les voitures à Clark Air Base aux Philippines après l'éruption du mont Pinatubo en 1991. Ce parking se trouve à environ 25 kilomètres à l'est de l'éruption et a reçu environ 9 centimètres de cendres. Image USGS par R.P.Hoblitt. Image plus grande.

Impact sur le transport terrestre:

L'impact initial sur le transport est une limite de visibilité. La cendre remplit l'air et bloque la lumière du soleil. Il peut être aussi sombre que la nuit en milieu de journée. Les cendres recouvrent également les marquages ​​routiers. Un seul millimètre de cendres peut masquer le centre et les lignes de base d'une autoroute.

Un autre impact est sur les voitures. Ils traitent d'énormes quantités d'air qui contiendront de la poussière et des cendres volcaniques. Cela est initialement capturé par le filtre à air, mais il peut rapidement être dépassé. Ensuite, de la poussière abrasive pénètre dans le moteur pour endommager les pièces soigneusement usinées et obstruer les minuscules ouvertures.

Les cendres volcaniques s'accumulent sur les pare-brise des voitures, créant un besoin d'utiliser les essuie-glaces. Si les essuie-glaces sont utilisés, les cendres abrasives entre le pare-brise et les essuie-glaces peuvent rayer la fenêtre, produisant parfois une surface givrée impossible à voir à travers.

La poussière et les cendres volcaniques recouvrant les routes peuvent entraîner une perte de traction. Si les routes sont mouillées, les cendres sèches se transforment en boue très glissante. Les routes et les rues doivent être déneigées comme si une neige qui ne fondait pas est tombée.

Couches de cendres aux Philippines: A) Tronçon sur le pont de la rivière Santo Tomas au nord de San Narciso, Zambales; 32 km à l'ouest-sud-ouest de l'évent. La couche A est de 8 mm de cendre de la taille d'un sable; la couche B est constituée de 4 mm de cendre principalement fine. Remarquez un faible classement normal de la couche C et des clastes grossiers dispersés à la surface du dépôt.
B) Dépôts de tephra sur une route non améliorée le long de la rivière Marella à 10,5 km au sud-ouest de l'évent. La couche A, d'environ 4 cm d'épaisseur, est constituée de cendre grossière et de lapilli fin; la couche B est constituée de plusieurs couches minces de cendres; la couche C a une épaisseur de 33 cm et est la section la plus épaisse du dépôt de chute de pierre ponce climatique encore trouvée. Notez le classement normal dans l'ensemble, mais le lapillus de pierre ponce de 2 cm en haut à gauche. La couche D est constituée de deux lits de 3 à 4 cm d'épaisseur de frêne fin séparés par un lit de cendre ponce retravaillée à l'eau.
C) Dépôts de Tephra sur une route non améliorée à environ 9 km au sud-est de l'évent, côté nord de la rivière Gumain. La couche B a une épaisseur de 23 cm et se compose de nombreux lits de frêne classés; la couche C a une épaisseur de 31 cm et comporte deux zones en partie inférieure avec des revêtements mineurs en frêne fin.
D) Tronçon à l'embouchure du canyon de la rivière Pasig à environ 15 km à l'est de l'évent. La couche B a une épaisseur de 10 cm et la couche C a une épaisseur d'environ 18 cm; notez les zones riches en cendres qui se distinguent par une cohésion accrue. Images USGS par W.E. Scott et J.J. Majeur. Image plus grande.

Impact sur le transport aérien:

Les moteurs à réaction modernes traitent d'énormes quantités d'air. Ils aspirent de l'air à l'avant du moteur et l'évacuent par l'arrière. Si les cendres volcaniques sont entraînées dans un turboréacteur, elles peuvent être chauffées à des températures supérieures à la température de fusion des cendres. Les cendres peuvent fondre dans le moteur et le produit collant doux peut adhérer à l'intérieur du moteur. Cela restreint le flux d'air à travers le moteur et ajoute du poids à l'avion.

Les cendres volcaniques ont provoqué une panne moteur sur quelques avions. Heureusement, les pilotes ont pu atterrir en toute sécurité avec leurs moteurs restants. Aujourd'hui, les volcans sont surveillés pour détecter les signes d'éruption et les avions sont acheminés autour de zones susceptibles de contenir des cendres en suspension dans l'air.

Les cendres volcaniques en suspension dans l'air peuvent avoir un effet abrasif sur les avions qui la traversent à des centaines de kilomètres par heure. À ces vitesses, les particules de cendres impactant le pare-brise peuvent sabler la surface en une finition givrée qui obscurcit la vue du pilote. Le sablage peut également éliminer la peinture et le métal des puits sur le nez et sur les bords d'attaque des ailes et des équipements de navigation.

Dans les aéroports, les mêmes problèmes se posent avec les pistes que sur les routes. Les marques sur les pistes peuvent être recouvertes de cendres. Les avions peuvent perdre leur traction lors de l'atterrissage et du décollage. Et, les cendres doivent être enlevées avant que les opérations ne reviennent à la normale.

L'Organisation de l'aviation civile internationale a reconnu la nécessité de tenir les pilotes et les contrôleurs aériens informés des risques volcaniques. Pour ce faire, ils ont travaillé avec des organismes gouvernementaux pour établir plusieurs centres consultatifs sur les cendres volcaniques. Ces centres surveillent l'activité volcanique et signalent les panaches de cendres dans leur zone de surveillance.

Cendre volcanique: Vidéo de l'USGS expliquant l'impact des cendres volcaniques sur le trafic aérien.

Impact sur les systèmes d'approvisionnement en eau:

Les systèmes d'approvisionnement en eau peuvent être affectés par les chutes de cendres. Lorsqu'une communauté utilise un approvisionnement en eau libre comme une rivière, un réservoir ou un lac, les cendres tombées deviendront un matériau en suspension dans l'approvisionnement en eau qui doit être filtré avant utilisation. L'eau de traitement avec des cendres abrasives en suspension peut endommager les pompes et l'équipement de filtration.

Les cendres peuvent également provoquer des changements temporaires dans la chimie de l'eau. Les cendres en contact avec l'eau peuvent abaisser le pH et augmenter la concentration d'ions lessivés du matériau des cendres. Ceux-ci incluent: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F et bien d'autres.

Plus d'information
Article de Geology.com:
Novarupta: l'éruption volcanique la plus puissante du 20e siècle
United States Geological Survey:
Impacts et atténuation des cendres volcaniques
Observatoire de la Terre de la NASA:
Divers articles et images liés à l'activité volcanique
United States Geological Survey:
Types et effets des dangers des volcans
United States Geological Survey:
Chutes de Tephra des éruptions de 1991 du mont Pinatubo

Impact sur les systèmes d'assainissement:

Les cendres tombant dans les rues de la ville entreront immédiatement dans le réseau d'égouts pluviaux. Si l'eau d'égout chargée de cendres est traitée, les cendres en suspension peuvent surcharger l'équipement et les filtres et endommager les pompes et les vannes. Cela devient également un problème d'élimination. La boue ou la boue de cendres peuvent durcir en un matériau similaire au béton.

Planification des cendres volcaniques

Les communautés situées à proximité ou sous le vent de volcans ayant un potentiel de production d'éruptions de cendres devraient considérer l'impact potentiel des cendres volcaniques et planifier des moyens de les traiter et de minimiser leur impact. Il est beaucoup plus facile de s'informer sur un problème et de prendre des mesures à l'avance que de faire face à un énorme problème sans avertissement.

Voir la vidéo: Volcan au Japon, Rattraper par le nuage de cendres en filmant l'eruption (Septembre 2020).