CAVITÉS VOLCANIQUES par Angela Giuffrida Privitera avec laide dAndrea Cerquetti Bocca Bassa, Etna,...
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CAVITÉS VOLCANIQUES
parAngela Giuffrida Privitera
avec l’aide d’Andrea Cerquetti
Bocca Bassa, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
Spéléologie et karst: ressources Powerpoint 2009
Volcanospéléologie- Società Speleologica Italiana 2009
INTRODUCTION
Bien que ce soit difficile à croire, les cavités volcaniques sont de
loin les cavités naturelles les plus communes et les plus grandes
dans l'Univers. En fait, à la différence des cavités karstiques,
elles se développent pratiquement dans toutes les planètes et les satellites de la plupart des galaxies, où les
volcans étaient ou sont toujours actifs. Ainsi, des cavités
volcaniques sont répandues sur l’ensemble de la surface de la
Terre. Effondrements le long d'une galerie de lave en bordure d'Oceanus Procellarum
sur la Lune
Volcan : Un système naturel par lequel des
matières principalement fluides venant des profondeurs et généralement
définies comme du magma, jaillissant de la surface de la terre.
Le même mot indique aussi le relief développé autour du point d'émission
de ces matières.
QU’EST-CE QU’UN VOLCAN ?
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
RÉPARTITION MONDIALE DES VOLCANS
Ils sont localisés le long d’orientations correspondant à la structure interne de
la Terre.
La répartition mondiale des volcans est hétérogène
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QUELLE EST LA STRUCTURE DE LA TERRE ?Elle est constituée de couches concentriques:
La lithosphère a une plus faible densité et élasticité que l’asténosphère.
Ainsi, la lithosphère flotte sur l’asténosphèretelles des îles, appelées plaques.
Noyau interne
Discontinuité de Gutemberg
Manteau inferieur
Discontinuité de Mohorovicic
Croûte terrestre
Noyau externe
Zone de transition
Manteau supérieur
Lithosphère
Asthénosphère
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LES PLAQUES
Les principales plaques composant
la lithosphère.Les frontières entre
les différentes plaques
correspondent à approximativement
aux limites océaniques des
continents.
Les plaques se déplacent imbriquées les unes dans les autres. Le moteur permettant leurs mouvements est la poussée au niveau des
rides (slab pull), la pression sur les zones de contact entre les plaques, et les mouvements convectifs actifs dans le manteau entre
150 et 800 km de profondeur.
Antarctic Plate
Pacific Plate
Indo-australian PlateNazca Plate
Cocos Plate
North American Plate
African Plate
Indo-European Plate
Sout American Plate
Placca CaCaraibic PlateraibicaArabuc Plate
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MAGMALa matière en fusion est constituée principalement de silicate, dans lequel
des ions libres, des groupes de SiO4 et des gaz sont dissouts; la matière fondue peut être équilibrée avec une certaine quantité de cristaux. Les
éléments présents dans un magma composé de silicate sont:Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, H2O, P.
Proportion de SiO2
Type de magma
Température d’émission
SiO2 > 65 %Magma acide
Environ 800 °C
SiO2 : 65 – 52%
Magma neutre
Entre 800 et 1200 °C
SiO2 < 52%Magma basique
Environ 1200 °CLa proportion de SiO2, la température, et la présence de phases de
cristalisation, affectent la viscosité du magma, et donc son aptitude à s’écouler sur une surface. Un magma basique est fluide, un magma acide
est visqueux.
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ROCHES FORMÉES PAR LE MAGMALe refroidissement du magma entraine la formation de roches appelées
ignées ou magmatiques.
Roches ignées ou
magmatiques
EffusiveRoches produites par refroidissement du magma sur la surface de la Terre.
IntrusiveRoches produites par refroidissement du magma à l’intérieur de la croûte terrestre.
SubvolcaniqueRoches produites par refroidissement du magma à l’intérieur de la croûte terrestre et à faible profondeur (<3 km).
En s’appuyant sur le SiO2 présent dans le magma, les roches effusives portent différents noms :
Proportion de SiO2 Type de Magma Roche effusive
SiO2 > 65 % Magma acide rhyolite
SiO2 : 65 – 52 % Magma neutre andésite
SiO2 < 52 % Magma basique basalteLes basaltes sont les roches effusives abritant les cavités volcaniques.
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PRODUITS VOLCANIQUES
Un magma visqueux retient mieux les gaz qu’il
contient.
Les types d’éruption dépendent :- de la composition du magma;- de la quantité de gaz dissout dans le magma.
Quand le magma se répand à la surface, les gaz présents dissouts s’échappent rapidement dans l’atmosphère, provoquant des éruptions.
Les éruptions peuvent être effusives, caractérisées par la prévalence d’écoulement de lave, ou explosives, caractérisées par la prévalence
d’émission de produits pyroclastiques.
2002 Eruption, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
1998 Eruption, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
ÉCOULEMENTS DE LAVE PAHOEHOELe magma très fluide et à peine visqueux produit des coulées de lave nommées pahoehoe, qui sont caractérisées par une surface lisse ou
légèrement ondulée. La croûte externe a une vitesse d’écoulement plus lente que la masse encore fluide interne, qui peut causer une ondulation:
ce qui entraîne des "niveaux de lave cordée".
La convexité des coulées de lave cordée correspond à la
direction des flux. Le mouvement vers l’avant est induit par la rupture de la croûte superficielle sur le
devant de la coulée de lave. De la croûte brisée, du magma
liquide s’échappe et s’écoule comme une route.
Si une variation soudaine de la vitesse du flux se produit et que l'épaisseur de la croûte est très élevée, les croûtes se brisent d’elles-mêmes formant de grands blocs irréguliers parfois fortement inclinés, qui sont transportés
par la coulée de lave.
1991-1993 coulée, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
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ÉCOULEMENTS DE LAVE AALe magma possédant une vioscosité plus élevée produit des flux de lave
aa.
Chaque pas en avant de la coulée de lave correspond à un glissement des rochers, qui sont poussés par le flux de lave.
Dans ces écoulements, le refroidissement de la
partie superficielle provoque le
développement de rochers incohérents qui induisent un découpage
de la croûte externe, riche en cendre. Elle est transportée par la lave liquide sous-jacente.
1991-1993 éruption, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
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Les coulées de lave de type pahoehoe et aa sont les deux extrêmes d'une large série
continue de formes de lave. Souvent dans une seule coulée, il est possible d'observer chacun de ces deux extrêmes aussi bien que plusieurs
des types intermédiaires.
Dans les deux cas, des conduits peuvent se développer dans la coulée, dont l'évolution peut donner naissance à des tunnels de lave.
COULÉES DE LAVE
Champs de lave type aa, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Champs de lave type pahoehoe, Etna, Sicile, Italie(photo.
G. Giudice)
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Les cônes secondaires sur les flancs des volcans sont liés aux éruptions latérales.
Les éruptions latérales se produisent quand le magma trouve une zone de faiblesse (fracture) avant d’atteindre la pression nécessaire pour jaillir de la
cheminée principale.
LES VOLCANS
Dans un structure volcanique il est possible d’identifier :
1. la chambre magmatique;
2. la cheminée volcanique;
3. le cratère;
4. le cône principal;
5. Les cônes secondaires.1
2
5
43
(D. Berardi)
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TYPES DE VOLCANSVolcans hawaiiens:- Développement de lave très fluide;- Diamètre plus grand que sa hauteur;- Typique d’Hawai’i;- Plus grand que les volcans continentaux, comme l’Etna.
Stromboliens ou volcan composite : - Développement par couches
successives de lave et de matériaux pyroclastiques;
- Forme complexe et flancs raides;- Exemples : le Vésuve et l’Etna.
- De vaste surface avec des coulées volcaniques relativement minces;- Le flux de magma basaltique s’écoule le long de fractures; - Typique de l’est de l’Afrique, de l’Inde, et de Sardaigne;- Se forme actuellement en Islande
Plateaux basaltiques (trapps):
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À l’inverse des cavités karstiques, les cavités volcaniques ont le même âge que la roche encaisante, étant formées lors des éruptions et du
développement des coulées de lave.
Elles sont définies ainsi:
cavités syngénétiques.Le laps de temps de temps nécessaire à leur développement peut aller
d'une semaine à quelques mois. Les cavités volcaniques peuvent être subdivisées en plusieurs classes dont
les plus importantes sont :
- Cavités rhéogénétiques superficielles (ou tubes de lave);
- Cavités “bulle” (Blister caves);- Cavités dues à la fracturation;- Cheminées de lave;- Chambres magmatiques.
CLASSIFICATION
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GENÈSE DES TUBES DE LAVE
Dès l’éruption, la coulée de lave commence à dégager de la chaleur et ainsi se refroidit…
… le refroidissement est plus élevé dans les parties superficielles de la coulée de lave…
… permettant à une croûte de se développer devenant de plus en plus épaisse, tandis que dans la cheminée le magma coule toujours.
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Grâce à l’importante inertie thermique des roches
volcaniques, la température de la coulée de lave interne
est maintenue…
CRATÈRES ÉPHÉMÈRES
…ainsi, la coulée de lave se développe souvent sur de grandes
distances dépassant grandement sa taille théorique, donnant parfois
naissance à des cratères éphémères.
Cratère éphémère
1991-1993 Éruption, Etna, Sicilie, Italie (by G. Giudice)
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Les mécanismes génétiques de la croûte externe sont différents, étant inféodés au type de lave impliquée :
- Les anciennes théories supposaient que le développement de cavités volcaniques dans les coulées de lave aa était un phénomène rare. Récemment, des mécanismes différents ont été découverts, pouvant agir seul ou l'un après l'autre pendant l'éruption.
DÉVELOPPEMENT DE LA CROÛTE
- Dans le cas des laves très fluides type pahoehoe, une fine couche superficielle se développe, devenant progressivement de plus en plus épaisse, et créant ainsi les parois du tube de lave;
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Dans des conduits étroits (plus de 5 m de large), des parois latérales solides se développent au sein des coulées de lave; elles grandissent
jusqu'à entrer en contact formant ainsi le plafond.
Leur croissance se produit en raison de l'accumulation progressive de couches de lave dans les parties internes et au sommet des parois, en raison de la petite oscillation du niveau de lave à l'intérieur du conduit.
1e MÉCANISMES (COULÉES DE LAVE AA)
Les premiers points de contact entre les parois se propagent progressivement autour du conduit jusqu'à ce qu'il soit complètement
scellé. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
Si la taille du conduit est supérieure à 5 m, le contact entre les deux parois est difficile à réaliser.
Dans ce cas, le plafond est formé par l'accumulation progressive de blocs et de cendres déjà refroidis. Ils sont ensuite assemblés lors de la
solidification partielle de la matière en fusion s'écoulant en dessous. Ce processus va permettre la formation du toit de la galerie.
2e MÉCANISMES (COULÉES DE LAVE AA)
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Elle est active dans la zone frontale de lave aa s'écoulant sur des pentes douces.
Conditions nécessaires:- Approvisionnement constant de magma;- La distance maximale possible pour permettre la formation de croûte de lave solide est atteinte.
Processus: la lave fluide pousse progressivement par déformation plastique la croûte solide; lorsque la force est supérieure à la plasticité de la croûte, un cratère éphémère se forme et la lave en fusion va s'écouler. Si la croûte ne disparait pas, le tube de lave va se maintenir; de grandes salles vont alterner avec des passages étroits (Oven mouth).
Oven mouth
Longitudinal section
plan
3e MÉCANISMES (COULÉES DE LAVE AA )
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Une coulée de lave peut éroder le substrat sur lequel elle s'écoule; ce phénomène est fréquent et spécialement à Hawai’i.
L'évolution est contrôlée par l'érosion mécanique produite par la coulée de lave sur le sol préexistant, principalement quand il est composé de
matières incohérentes et tendres.
ÉROSION DU SOL
Dans les tubes de lave de l'Etna (Sicile), l'érosion du sol est fréquente, surtout là où les pentes sont abruptes (Tre livelli, Licitra, Bocca Bassa et
Fornace di Elvira).
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L'existence de conduits de lave avec des flux de lave ne conduit pas nécessairement
à la formation de tubes de lave.
En réalité, si à la fin de l'éruption aucun drainage de la lave du conduit ne se produit, aucune cavité ne se créera.
Pour que la lave puisse s'écouler, il faut qu'elle soit encore assez fluide. Des
conditions favorables doivent se mettre en place pour permettre ce drainage, même
en cas d'absence d'effet de piston par l'arrière. Celà se produit si le sol est assez
pentu pour permettre à la gravité de drainer la lave vers le front de la coulée.
GENÈSE DES TUBES DE LAVE
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Puits de lumière (Skylights )
MORPHOLOGIES
Grotta dei Lamponi, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Skylight, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
Dans les parties où le conduit est en contact avec les parois il se forme des ouvertures appelées skylights.
En observant ces ouvertures durant l'éruption, il est possible de voir la lave s'écouler dans le tube de lave.
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Elles se développent habituellement sur les plafonds et parois des tubes
de lave.Elles sont le résultat de coulées de lave fondue à l'intérieur d'un tube
déjà formé. Le structure horizontale est la
conséquence d'un abaissement graduel du niveau de la lave, tandis
que des drainages plus rapides induisent un caractère vertical à la
structure en bandes.
Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
Structures en bandes
MORPHOLOGIES
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De larges et/ou petites banquettes correspondent à un niveau constant à long
terme de la lave dans les conduits.
Grotta dei Lamponi, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Grotta del Fumo, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
Banquettes
MORPHOLOGIES
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Les rouleaux se développent suite à un décrochement de la croûte plastique de lave, qui reste en contact avec les parois durant un abaissement rapide du niveau
de lave en fusion.
Grotta Scottex, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
Rouleaux
MORPHOLOGIES
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Les formations de lave (stalactites, stalagmites, etc.), sont souvent similaires aux spéléothèmes des cavités karstiques, mais ne
peuvent être considérées comme de véritables concrétions.
Leur évolution est possible seulement si le tube de lave n'est pas complètement rempli de lave
en fusion.
Kazumura Cave, Hawai’i (photo. B. Halliday)
Stalactites de lave et stalagmites
MORPHOLOGIES
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- Lorsqu'une augmentation soudaine de la température et/ou de la pression se produit (en réaction à une augmentation du niveau de la lave, ou par des processus d'oxydation au sein de l'atmosphère de la cavité).
- Une augmentation temporaire de la coulée de lave peut laisser de nombreuses gouttes pendre au plafond du conduit : dans ce cas, ce sont des stalactites rugueuses et ternes qui se forment.
Il existe deux mécanismes de genèse :
Une partie de la voûte va se remodeler ,et des gouttes vont donner naissaince à des stalactites polies et brillantes (stalactites de refonte);
STALACTITES DE LAVE
Grotta Petralia, Etna, Sicily, Italy (photo. G. Giudice)
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Leur formation est due à un
empillement de gouttes de lave sur
un sol rocheux.
Les stalagmites de lave son
fréquentes dans les cavités des
Açores, d’Islande, et d'Hawai’i
STALAGMITES DE LAVE
Ana Heya, Rapa Nui (îles de Pâques), Chili (photo. P. Forti)
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Leur genèse se déroule ainsi :
a) Capture de la coulée de lave par un tube préexistant durant l’éruption (processus fréquent dans le cas des coulée de type aa),
MORPHOLOGIES
suivi de l’effondrement de la paroi divisant les deux tubes après la fin de l’éruption.
Superposition de conduits
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b) Si lors de l’éruption la coulée de lave a de longues phases statiques, des banquettes se développent et leur évolution peut produire une
superposition de galeries au sein d’un même tube de lave. Il peuvent également être interconnectés par des skylights; ce phénomène est accentué par l’encaissement du niveau du sol induit par l’érosion du substrat (principalement dans le cas des coulées de type pahoehoe).
MORPHOLOGIESSuperposition de conduits
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Superposition de conduits induite par capture verticale
MORPHOLOGIES
Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
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Quand la confluence entre deux ou plusieurs tubes de lave se produit au même niveau, on parle d’anastomose. Elle peut être induite par une
capture latérale de la coulée par un tube de lave préexistant,
MORPHOLOGIES
…ou se produire durant la même éruption lors de la rencontre entre deux conduits.
L’anastomose se produit principalement dans le cas des coulées de type pahoehoe.
Anastomose
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MORPHOLOGIESAnastomose
Grotta dei Lamponi, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
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À l’interieur d’un tube de lave, le
profil des sections
est lié à la taille des galeries, mais
elle est également influencée par
le type de substrat et par le degré
de pente que la coulée a du
dévaler.
Grotta Cutrona, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
PROFIL DE TUBES DE LAVE
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Profil en “arche normande”
Ce type de morphologie se développe si le conduit de lave dépasse 5 à 6 m de large. Les dimensions de ces galeries sont toujours constantes.
Grotta Cassone, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
PROFIL DES TUBES DE LAVE
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
Profil en “ventre de baleine”
Quand les conduits de lave sont très larges, la partie centrale de la voûte plie souvent partiellement, ce qui créé cette section particulière.
Grotta Petralia, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
PROFIL DES TUBES DE LAVE
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Profil en “pagode”
Les conduits étroits de lave prennent ce
type de morphologie quand le substrat
composé de matériaux tendres est
facilement érodé par la coulée de lave, ce
qui va provoquer un élargissement à sa
base.
Les même formes peuvent résulter
également de cheminées (hornitos) ou de
lucarnes permettant le dégazage de la lave. Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
PROFIL DES TUBES DE LAVE
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Les galeries d'une telle taille se développent quand le conduit de lave est créé par une coulée de lave très importante.
Grotta Cutrona, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
Profil particulièrement large
PROFIL DES TUBES DE LAVE
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Profil partiellement colmaté
Le tube de lave peut être partiellement ou totalement colmaté par une coulée de lave postérieure, conséquence de la réactivation de l’éruption qui
est à l’origine du tube de lave.
Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
PROFIL DES TUBES DE LAVE
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CAVITÉS “BULLES” (Blister)Les cavités “bulle” (Blister) ou cavités pneumatogénétiques, se
développent lors d’éruptions très calmes. Les gaz dissouts dans la lave (principalement CO2 et vapeur) entrainent un développement de bulles de
gaz au sein de la coulée de lave; quand la lave refroidit, les bulles deviennent des cavernes. Plus la lave est visqueuse, plus la taille des bulles peut être importante. Les véritables cavités “bulle” sont vraiment rares, car
en règle générale elles sont trop petites pour permettre à un homme d’y pénétrer.
Le très faible nombre de cavités “bulle” actuellement découvertes est aussi du au fait qu’elles soient méconnues. Il est possible de confondre certaines
d'entre elles avec un tronçon de tube de lave. Normalement les cavités “bulle” sont éphémères, surtout si leur taille est importante. Sur Mt Fantalo (Éthiopie) environ 130 cavités “bulle” ont été
découvertes intactes, leur diamètre étant d’environ 30 m, tandis que celles de plus grande taille (diamètre 100 m) ont été partiellement détruites. En
Italie, elles n’ont été mis en évidence qu’en Sardaigne.
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Elles se développent le long de fractures permettant l’élévation et le basculement de la lave.
CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION
Souvent ces cavités s’effondrent, ce qui change leur morphologie interne et parfois les condamnent entièrement.
Les cavités dues à la fracturation ont des
structures extrêmement instables, principalement
près de leurs entrées, constituées généralement
de cônes de scories, nommés hornitos.
Hornitos 1947 éruption, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
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Habituellement, le dégazage se produit au-dessus de la fracture, entraînant le développement d'une série de petits cônes alignés, nommés
hornitos. Ils sont constitués de produits pyroclastiques et de scories cimentées. La coulée de lave arrive sous de la fracture.
CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION
Hornitos
Effusive mouth
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À la fin d’une éruption, le niveau de magma s’abaisse dans les fractures. Les fractures demeurent ouvertes et leurs parois sont souvent couvertes
d’une mince couche de lave abandonnée par le magma lors de son retrait.
CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION
Même dans ce cas, pour obtenir une cavité, le drainage de la matière en fusion doit être rapide.
cavità in frattura
grotta di
scorrimento
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CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION
Abisso del Ghiaccio, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Abisso del Ghiaccio, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
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Parfois la mince couche de lave est
toujours souple, se détache des
parois, et s’enroule à la base de la
fracture, créant ainsi des rouleaux
géants.
CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION
Abisso del Ghiaccio, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
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Quand un tube de lave se développe près d'une fracture, parfois le point de contact entre la cavité due à la fracturation et le tube de lave est toujours bien visible .
CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION
Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Grotta del Fumo, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
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La plupart des conduits magmatiques se développent sur quelques mètres à dix
mètres puis sont scellés par un bouchon de lave.
Sur le terrain, il est rare de retrouver des puits “vides”.
Thrinukagigur en Islande est le plus profond et un des plus grands, avec une
profondeur maximale de 205 m.
CONDUITS MAGMATIQUES
Islanda
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
Ce sont sans aucun doute les plus grands vides souterrains du milieu volcanique. En
réalité, ils sont très rares puisqu’il est nécessaire que les chambres volcaniques aient été vidées sans s'effondrer, et qu’un passage pénétrable pour l’homme se soit maintenu. Un des meilleurs exemples de
"chambre magmatique" est l’Algar do Carbalo (Açores, Portugal), qui abrite les
plus grandes formations d'opale du monde.
5 m
CHAMBRES MAGMATIQUES
Algar do Carbalo, Açores, Portugal (photo. P. Forti)
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Malgré le manque de dépôts chimiques secondaires, les cavités volcaniques sont sans doute un des milieux minérogénétiques des plus intéressants du monde.
MÉCANISMES MINÉROGÉNÉTIQUES DANS LES CAVITÉS DE LAVE
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
Dès les cavité volcaniques sont partiellement vidées de lave, différents mécanismes minérogénétiques commencent à se produire, en suivant une
séquence régulée par la baisse de température.
Processus Mécanismes T(°C) Produits
1
A
B
Haute T Sublimation > 100 Sulfures, oxydes, hydroxydes
Faible T Dépôts d’aérosols et vapeurs 100 - 50 Sulfates, halides
2 Solution Évaporation 100 - 10 Sulfates, halides
3 AltérationOxydation, hydratation, déshydratation, etc.
100 - 0 Si-, Al-, Fe hydroxydes, sulfates
4 Karst Diffusion 40 - 0 Carbonates
5
Activité Biogénique
A- Digestion, double échange, etc.
B- Combustion du guano
40 - 0
200 - 400
Phosphates, nitrates, halides, sulfates
Combustion minérales
6Changement de phase
Gel < 0 Glace
SÉQUENCE MINÉROGÉNÉTIQUE
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
Un intervalle temporel de quelques mois à quelques années suivant l'éruption est nécessaire pour permettre le développement de
spéléothèmes de couleurs variées dans les tubes de lave. Ils sont principalement constitués de sels de Na :
SPÉLÉOTHÈMES “ÉPHÉMÈRES”
La genèse de ces concrétions semble être la
suivante.
Thénardite (Na2SO4)
Mirabilite (Na2SO4+10H2O)
Grotta Cutrona, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
Après un certain temps, la surface refroidie permet l’infiltration de
l’eau jusqu’à une certaine profondeur (environ 100 °C
isotherme), pouvant ainsi dissoudre les sels les plus solubles.
L'hypothèse de départ est qu’immédiatement après l'éruption, la coulée de lave est riche en sels. Mais, en raison de la température très élevée de la roche, l'eau de
pluie s'évapore immédiatement, et ne peut s'infiltrer.
Lave récente riche en
minéraux
pluie
fractures
Still hot cave T=100°C
Lave récente riche en
minéraux
pluie
fractures
Still hot cave T>100°C
SPÉLÉOTHÈMES “ÉPHÉMÈRES”
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
Si l'eau suintantes atteint des zones de la coulée de lave où la température est relativement basse (< 20°C), les dépôts dans la cavité
seront faibles.
Si les apports d'eau minéralisée vers l'intérieur d’une cavité avec une humidité et une température spécifiques (habituellement Rh < 30 et T>
30 °C) les sels se déposent pour former des spéléothèmes.
Lave récente riche en minéraux
fractures
Hot cave 30<T<100°C
Spéléothèmes
Courant d’air
Courant d’air
Pluie
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SPÉLÉOTHÈMES “ÉPHÉMÈRES”
Dans tout les cas, quand la température et l’humidité des galeries
atteignent certaines valeurs (< 15 °T et > 70 de Rh) l'eau ruisselant
dissout les spéléothèmes préexistant qui seront rapidement
complètement détruits.
Au cours des dernières années, ce phénomène a été étudié dans quelques
cavernes du Mt Etna : grottes Cutrona, Salto della Giumenta, Licitra, Bocca
Bassa, et Fornace di Elvira.
Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009
SPÉLÉOTHÈMES “ÉPHÉMÈRES”
Les grottes volcaniques sont située sur le Mt. Etna.C'est le plus grand volcan en activité d’Europe, avec une altitude d'environ
3350 m et une surface d'environ 1260 km2. C'est un volcan composite et sa forme réelle provient de la superposition de produits éjectés des différentes structures volcaniques depuis 600 000
ans.
L’Etna est localisé dans une zone de collision de plaques, l'étude des matières éruptives montre qu’elles viennent d'un magna remontant du
manteau supérieur, le long d'une zone de faiblesse produite près de l'Etna, au croisement de plusieurs systèmes de fracture régionaux. Dans le
secteur de l’Etna, les tubes de lave et les cavités issues de la fracturation sont présentes. Les principales cavités volcaniques sont :
SICILE
Cavité Prof. Dév.Tre Livelli-KTM sistem (tube de lave) 400 m 1793 mBocca Bassa (tube de lave) 197 m 432 mLicitra (tube de lave) 115 m 350 mProfondo nero (fracture partiellement colmatée) 174 m >1170 mAbisso del Ghiaccio (fracture partiellement colmatée) 75 m 922 m
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SARDAIGNE
Les roches volcaniques paléocène et pléistocène sont présentes en Sardaigne; on retrouve de la lave et des produits pyroclastiques avec une
composition basique et/ou acide. Des cavités primitives se développent principalement dans les roches volcaniques basiques (basalte), leur âge varie entre l’Oligocène et le
Pléistocène, avec des tubes de lave et des cavités pneumatogénétiques. Leur dimension varie entre 120 m pour les premiers (grotte Cappa 1), et
quelques mètres pour les seconds. D'autres cavités volcaniques ont une origine secondaire (tectonique,
marine, éolienne), et sont développées tant dans la lave basique (basalte) qu’acide (principalement ignimbrites). Quelques-unes de ces cavités secondaires excèdent 100 m de développement (grotte del Pellicano,
grotte Sa Ucca ' e Su Vulcano), atteignant même 200 m (grotte Caombus).
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En Sardaigne, la localisation relative des roches volcaniques et calcaires permet l’existence de deux phénomènes différents :
- concrétionnement de calcite dans des cavités de lave, en conséquence
de bancs calcaires sédimentés au-dessus de roches volcaniques;
- des cavités calcaire dont l'entrée se situe dans des roches volcaniques,
en raison de l'érosion inverse facilitant les effondrements dans les
roches volcaniques.
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SARDAIGNE
CAMPANIE
En Campanie, les cavités volcaniques sont sur le Vésuve et sur le secteur du littoral de l’île des champs Phlégréens.
Les tubes de lave du Vésuve présentent des "interstrates" et des cavités issues de la fracturation. Ils sont localisés dans le flanc SO, et se
développent dans les coulées de lave de 1858 en raison de la fluidité particulièrement haute de ce magma. Le tube de lave le plus long (Cp 851)
a une longueur totale de 42 m; Les cavernes en interstrates se développent à l'intérieur de couches de
scories relativement épaisses avec des alternances de lave minces.L'érosion sélective des eaux de ruissellement cause le développement de
cavités en ogive : grotticella je del Vesuvio (Cp 228), grotticella III del Vesuvio (Cp 230), grotticella IV del Vesuvio (Cp 231).
Ces cavités sont présentes dans le flanc du sud du Vésuve, où l'éruption de 1804 a construit des coulées de lave aa épaisses sur des couches de lave
plus visqueuse.
(d’près Del Prete S., Bellucci F., 2005, Le cavità vulcaniche: il Somma-Vesuvio e l’isola d’Ischia. In: Russo N., Del Prete S., Giulivo I., Santo A. editors: Grotte e speleologia della Campania, Sellino ed. Avellino, pp. 529-544).
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Le dernier type de cavité volcanique qui peut être observé sur le Vésuve est dû à la présence d’anciennes fractures recoupant des bancs de lave
épaisse au sommet du Mt Somma.
CAMPANIE
Le vent et l’érosion marine favorisent le développement de vides souterrains pouvant atteindre quelques dizaines de mètres de long, comme
par exemple la grotta del Mago (Cp 388), située sur la côte SE d’Ischia.
La grotte Spacco della Lava (Cp 69) a un développement de 80 m long pour 10 m de profondeur, sur une fracture pratiquement totalement
trépané. Les cavités le long du littoral de l’île Flegrea sont composées de fractures intéressantes, principalement dans
des coulées de lave ou plus rarement dans des blocs de scorie et de tuf
calcaire. Grotta Spacco della Lava, Vésuve, Campanie, Italie (photo. E. Fondacaro)
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LATIUM
Dans le nord du Latium (province de Viterbo), la zone volcanique de Vicano, dont l'activité a commencé il y a environ 800 000 ans, est caractérisée par
de longues périodes d'inactivité. Son site principal est le volcan Vico. Un volcan composite avec un effondrement central, où un lac s’est formé, avec
une structure secondaire (Mt Venere) développée durant les dernières éruptions produites dans ce secteur.
Le cône pyroclastique du Mt Venere est un relief d’environ 830 m de haut, situé dans le secteur NE de la caldeira. Il est
constitué de coulées de lave dans lesquelles se développent la grotta di
Pozzo del Diavolo, qui est la seule cavité volcanique du Latium.
Monte Venere, Viterbo, Latium, Italie (photo. A. Cerquetti)
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GROTTE POZZO DEL DIAVOLO
L’entrée de la grotte de Pozzo del Diavolo s’ouvre près du
sommet du Mt Venere. De récentes recherches
indiquent que cette grotte s’est formée lorsque le conduit de lave du Monte Venere s’est
rétracté pendant la solidification et le
refroidissement du magma.
Plusieurs poteries et autres artefacts trouvés dans cette cavité attestent d’une occupation néolithique comme sanctuaire.
Grotta di Pozzo del Diavolo, Viterbo, Lazio, Italie (photo. A. Cerquetti)
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POUR EN SAVOIR PLUS
CSE (1999), Dentro il vulcano. Le Grotte dell’Etna;DECKER R. E B. (1988), I vulcani, Zanichelli;FORTI P. (2000), Minerogenetic mechanisms and cave minerals in the volcanic caves of Mt. Etna (Sicily, Italy), Mitteilungen Verb. Deut. Höhlen u. Karstforsh. 46(1/2) pp. 37-41;HALLIDAY B. (2004), Volcanic caves, in: GUNN J. (Ed) Encyclopedia of Caves and Karst Science. Taylor & Francis, pp. 760-764;OLLIER C. (1990), Vulcani, Zanichelli.
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Ce document a été réalisé par Angela Giuffrida Privitera, en collaboration avec Andrea Cerquetti, Giuseppe Conti, Jo De Waele,
Paolo Forti, Gaetano Giudice, et Paolo Madonia.
Traduction en français: Marjolaine Vaucher
Les photographies sont d’Andrea Cerquetti, Enrico Fondacaro, Paolo Forti, et Gaetano Giudice.
Les illustrations ont été réalisées par Daniele Berardi, Giuseppe Conti, Angela Giuffrida Privitera, et Paolo Madonia.
Nous remercions les institutions suivantes et les organisations pour leur aide: Centro Speleologico Etneo, Federazione Speleologica Regionale Campana,
Nationa Institute of Geophysics and Volcanology – Section of Palermo.
CRÉDITS
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