Les écoulements pyroclastiques lors des éruptions volcaniques génèrent des tsunamis. © IndustryAndTravel, Adobe Stock

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Voici comment les écoulements pyroclastiques des volcans provoquent de redoutables tsunamis

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Les tsunamis, quand ils ne sont pas provoqués par des séismes sous-marins, peuvent tirer leurs origines des écoulements pyroclastiques, ces « avalanches » de roches et de gaz volcaniques qui dévalent les flancs d'un volcan côtier en éruption. L'impact et la dynamique de l'entrée en mer de ces coulées ont été étudiés car ce type de tsunamis, moins fréquents, causent néanmoins d'importants dégâts humains et matériels en raison de la proximité des zones densément peuplées. 

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 des centres éruptifs. Des exemples récents montrent que des tsunamis volcaniques peuvent être générés lorsque ces écoulements entrent dans la mer (ex. Montserrat 1997 et 2003, Stromboli 2019).

 Bloc de corail arraché du récif, témoin du tsunami généré par les écoulements pyroclastiques du volcan Krakatau en 1883. © Raphaël Paris, CNRS

Mieux anticiper les aléas volcaniques

Le nouveau dispositif expérimental construit au LMV (Laboratoire Magmas et Volcans) permet de générer un écoulement granulaire fluidisé qui vient impacter l'eau à grande vitesse. 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.

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

Les expériences menées depuis 2018 confirment que les écoulements pyroclastiques sont particulièrement efficaces concernant la génération de tsunami. En champ proche (zone d'impact de l'écoulement granulaire avec l'eau), les caractéristiques de la vague sont principalement contrôlées par le débit massique et le volume de matériau granulaire entrant dans l'eau, tandis que la profondeur d'eau maximale peut être ignorée.

 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.© Alexis Bougoin, CNRS

Les vagues générées entrent dans la catégorie des ondes cnoïdales ou ondes de Stokes, ce qui constitue une information importante pour l'évaluation des aléas, et notamment pour le paramétrage des modélisations numériques. La taille de grains utilisée peut également affecter l'amplitude des vagues car elle contrôle 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.

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