Comment les écoulements pyroclastiques génèrent des tsunamis

Publié par Redbran le 19/06/2020 à 13:00
Source: CNRS INSU
Les écoulements pyroclastiques sont des mélanges de gaz et de particules (fragments de lave solidifiée) à haute température provoqués par l'effondrement d'un dôme de lave ou d'une colonne éruptive. Ces écoulements sont très mobiles et peuvent rapidement atteindre des zones situées à plusieurs kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) des centres éruptifs. Des exemples récents montrent que des tsunamis volcaniques peuvent être générés lorsque ces écoulements entrent dans la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) (ex. Montserrat 1997 et 2003, Stromboli 2019).


Bloc de corail arraché du récif (Le récif, de l'arabe rasîf (« chaussée, digue ») par le portugais recife (« récif »), est le nom...), témoin du tsunami (Un tsunami (japonais : ? tsu, « port » et ? nami, « vague ») est une onde provoquée par un rapide mouvement d'un grand volume d'eau (océan ou mer). Ce mouvement...) généré par les écoulements pyroclastiques du volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et l'empilement de matériaux issus de la montée...) Krakatau en 1883.
© Raphaël Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre...)

Le nouveau dispositif expérimental construit au LMV (Laboratoire Magmas et Volcans) permet de générer un écoulement granulaire fluidisé qui vient impacter l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) à grande vitesse (On distingue :). Chaque expérience est filmée à partir de caméras à haute vitesse (250 images par seconde). L'objectif est de déterminer l'influence des différents paramètres dans la génération des tsunamis.

Les expériences menées depuis 2018 confirment que les écoulements pyroclastiques sont particulièrement efficaces en termes de génération de tsunami. En champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) proche (zone d'impact de l'écoulement granulaire avec l'eau), les caractéristiques de la vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générées par le vent et ont une amplitude crête-à-crête allant...) sont principalement contrôlées par le débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) massique et le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en...) granulaire entrant dans l'eau, tandis que la profondeur d'eau maximale peut être ignorée. Les vagues générées entrent dans la catégorie des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) cnoïdales ou ondes de Stokes, ce qui constitue une information importante pour l'évaluation des aléas, et notamment pour le paramétrage (En mathématiques, le paramétrage est un des procédés fondamentaux de définition des courbes, surfaces, et plus généralement des variétés.) des modélisations numériques. La taille de grains utilisée peut également affecter l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) des vagues car elle contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) la capacité de l'eau à pénétrer dans le matériau granulaire. Les relations mises en évidence permettront à terme de mieux modéliser et anticiper cet aléa volcanique, mais aussi de mieux comprendre les processus physiques complexes entre un écoulement granulaire fluidisé et les autres fluides environnants.


Expérience en chenal pour étudier les tsunamis générés par les écoulements pyroclastiques (écoulement granulaire fluidisé).
© Alexis BOUGOUIN


Évolution d'un écoulement granulaire fluidisé entrant dans l'eau à cinq instants différents après l'ouverture du réservoir à particules à t = 0 s (clichés pris avec une caméra haute vitesse à 250 fps)

En savoir plus

Alexis Bougouin, Raphaël Paris, Olivier Roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la...).
Impact of fluidized granular flows into water: Implications for tsunamis generated by pyroclastic flows - Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125, e2019JB018954.
https://doi.org/10.1029/2019JB018954
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