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Les processus volcaniques de l'éruption de 79 et leur trace dans les dépôts

Dossier - L'éruption du Vésuve en l'an 79
DossierClassé sous :Volcanologie , éruption , volcans

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Dans la nuit du 24 au 25 Août de l'an 79 après JC, le Vésuve entre en éruption. En dix heures, Herculanum et Pompéi seront entièrement dévastées par ce qui reste une des plus marquantes catastrophes naturelles documentées par l'homme civilisé.

  
DossiersL'éruption du Vésuve en l'an 79
 

Une éruption volcanique explosive consiste en l'éjection dans l'atmosphère à partir du conduit éruptif, d'un mélange de gaz volcanique et de fragments, ponces et cendres. Cette mixture forme un jet de gaz plus ou moins dense, violent et turbulent, que l'on appelle un panache volcanique. En prenant l'exemple simpliste d'une bouteille de champagne que l'on aurait fortement secoué, le jet qui se produirait à l'ouverture formerait le même type d'écoulement, les gouttelettes de champagne en suspension étant l'équivalent des fragments de magma. Les ponces et les cendres transportées par le panache retombent ensuite sur le sol et forment des dépôts volcaniques que l'on peut observer sur le terrain après l'éruption. Nous allons voir comment l'étude de ces dépôts, combinée aux témoignages historiques, permet de reconstituer les phases de l'éruption d'août 79.

  •  A - Les précurseurs

Lorsqu'une éruption volcanique est imminente, un signe précurseur habituel est l'enregistrement de séismes produits par la remontée de la lave qui se fraie un chemin vers la surface. Un second signe est également souvent l'activité accrue des fumeroles. Ces deux signes semblent avoir été observés pour le Vésuve.

En effet, 17 ans avant l'éruption, un fort tremblement de Terre (de magnitude estimée à 5 d'après les dégâts) causa des dommages importants à Pompéi et à Herculanum . Sénèque rapporte également qu'après ce tremblement de Terre, de nombreux moutons périrent aux alentours du Vésuve suite à des émanations de gaz toxiques. Enfin, il semble également que le niveau de la mer soit descendu dans la région suite au gonflement du volcan.

Effets d'un tremblement de terre sur le bas-relief d'une villa de Pompei, en 62 av JC

Toutefois, 17 ans est un délai très long entre une éruption et ses précurseurs. Ici, si le Vésuve a indiqué que de la lave s'était mis en place, celle-ci n'était pas encore prête à l'éruption.

Quelques 17 ans plus tard, le 20 août 79, de nouveaux séismes secouent la région avec une fréquence et une intensité croissante jusqu'au 24 août, indiquant la remontée finale de la lave. On note également le tarissement de nombreuses sources autour du volcan. Ces signes seraient aujourd'hui immédiatement suivis de l'évacuation de la population, mais à l'époque aucun lien ne fut fait entre une éruption du Vésuve et l'activité tellurique.

  •  B - Première phase, phréatomagmatique

La première phase de l'éruption correspond au premier lit de fragments et de cendres déposés sur le paléosol. Ce dépôt est limité aux flancs du volcan et à l'est du Vésuve. Ce dépôt est mal trié (les cendres et les ponces de toute taille sont mélangées) et les fragments qui le forment sont plutôt fins, que l'on soit proches du centre éruptif ou que l'on s'en éloigne. De plus, on peut trouver des fragments en forme de gouttelettes, ou lapilli, au sein de ce dépôt. Ces observations sont typiques d'un épisode phréatomagmatique, où la lave explose au contact de l'eau d'infiltration. On peut imaginer qu'il correspond donc à la dernière phase de l'ascension de la lave qui rencontre l'eau stockée dans le sous-sol. L'explosion résultante "débouche" le conduit, et ouvre la voie aux phases suivantes.

Vision d'ensemble des dépôts de l'éruption de 79 à Terzino. La personne a la main posée sur le paléosol, dans la trace d'un tronc d'arbre. Le premier lit marron clair fait environ cinq centimètres et correspond à l'épisode phréatomagmatique par lequel débuta l'éruption Cliché Sigurdsson et al, 1985

Comme ce dépôt est assez fin et assez peu étendu, il correspond à une petite explosion du volcan. Il est donc probable qu'il fut à peine noté par les habitants de Pompéi et Herculanum. Ceux-ci n'ont vu qu'un nuage noir et n'ont entendu que le son d'une explosion qu'ils ont interprété comme de l'orage au-dessus du volcan. Par contre, les villas sur les flancs du volcan ont reçu des cendres, et c'est une des propriétaires de ces villas, Rectina, qui appela Pline l'ancien à la rescousse le 24 août. De plus, à une de ces villas, Rustica, le dépôt devant la porte ne montre pas de traces du pas des habitants, ce qui laisse penser que ce dépôt a eu lieu très peu de temps avant la phase principale de l'éruption qui allait tout recouvrir le matin du 24 août avant même que les habitants ne soient sortis. On peut donc postuler que le début de l'activité du Vésuve a eu lieu dans la nuit du 23 au 24 août, n'alarmant que les habitants au sommeil léger.

  •  C - La phase Plinienne

- Les dépôts

Le second dépôt que l'on peut identifier est bien plus épais que le précédent et montre des caractéristiques assez différentes.

Il est trié, c'est-à-dire que les gros fragments sont majoritaires à la base des lits alors que les cendres le sont au sommet (parfois on observe aussi une stratification inverse). De plus, la taille moyenne des particules dans le dépôt diminue en fonction de l'éloignement à la bouche volcanique (l'épaisseur maximale est cependant atteinte 10 km avant le conduit lui-même).

Dépôts pliniens de l'éruption de 79 près de Stabiae. On note l'évolution de la couleur qui correspond au changement de composition des laves. La statification horizontale indique une mise en place sous forme de pluie de ponces. Cliché Sigurdsson et al, 1985

On note également que le dépôt n'est pas symétrique autour du volcan, mais montre un allongement très net dans la direction sud-est, ce qui traduit l'effet des vents dominants dans l'atmosphère (de même que les bancs de sable suivent les courants dans les estuaires). Ce dépôt a, notamment à Pompéi, entraîné l'effondrement du toit de certaines maisons, mais sans les déplacer, ce qui indique une mise en place verticale, en pluie, et non pas horizontal, en coulée.

Ces caractéristiques sont typiques de dépôts sédimentaires, et ici d'une sédimentation aérienne, fall-out en anglais. Ce dépôt correspond à une pluie de cendres et de ponces depuis le panache volcanique.

On note également une évolution progressive de la couleur des ponces qui passe de blanc au milieu du dépôt à gris au sommet.

Cette évolution correspond à des laves de chimie différente remontées progressivement du fond de la chambre magmatique (les ponces blanches sont plus riches en silice, elles sont plus différenciées, c'est-à-dire qu'elles ont en partie cristallisé, alors que les ponces grises sont moins riches en silice, plus primitives ou basiques, c'est-à-dire plus proches du matériel issu de la fusion). Les ponces grises sont plus riches en fer et magnésium, elles sont donc plus denses, ce qui explique pourquoi elles devaient être au fond de la chambre magmatique et donc ont été échantillonnées plus tard dans l'éruption.

Epaisseur des dépôts pliniens en cm. Les courbes rouges correspondent aux ponces claires, les courbes bleues aux ponces foncées. Les dépôts sont allongées dans le sens du vent dominant lors de l'éruption et forment un ellipsoïde. On peut noter un léger changement de direction entre les deux ellipsoïdes. Schéma Sigurdsson et al, 1985

On remarque également que l'allongement des dépôts change légèrement entre les ponces grises et blanches, ce qui correspond à un changement de la direction des vents dominants.

- Les témoignages

Ce sont Pline l'ancien (le scientifique) et son neveu Pline le jeune (le lettré) qui fournissent le témoignage principal sur cette phase de l'éruption. Comme nous l'avons vu, le matin du 24 août Pline l'ancien avait été alerté par son ami Rectina d'une activité inhabituelle du volcan dont les cendres étaient tombées sur sa villa. Pline l'ancien se préparait à quitter Misenia pour rejoindre Stabiae lorsqu'il fut témoin de la pluie de fragments. On voyait alors depuis Misenia le panache éruptif qui a été décrit en détail par Pline et que l'on appelle aujourd'hui un panache Plinien ; la pluie de fragments définissant la phase dite Plinienne de l'éruption, et les dépôts associés étant qualifiés de Pliniens.

Le panache plinien et les dépôts associés © Kaminski, IPGP.

Le panache formait une sorte de champignon s'écrasant dans la haute atmosphère et lâchant une pluie de cendres et de fragments sur les environs du volcan. Pline prit alors le large avec une petite flotte de triènes pour une mission de secours, mais il fut incapable d'accoster sur la cote ouest du Vésuve en raison de la présence de radeaux de ponces qui encombraient les flots (on se souvient en effet que les pierres ponces flottent souvent sur l'eau en raison des nombreuses vésicules de gaz qu'elles contiennent, comme autant de mini bouées). Il fit alors voile vers Stabiae qu'il dut atteindre vers 7 heures. Stabiae était alors sous une pluie légère de cendres qui ne provoquait pas de panique dans la population.

Pendant la nuit, la pluie de cendres et surtout de ponces continua, et de nombreux séismes se produisirent, qui poussèrent les habitants à passer la nuit dehors en se protégeant tant bien que mal des chutes de ponces qui commençaient à atteindre une épaisseur suffisante pour obstruer les portes.

Le matin du 25 août, aux environs de 6 heures, les habitants de Stabiae furent témoins d'une manifestation du Vésuve assez forte pour les faire fuire en panique, en dépit des vents contraires qui gênaient la fuite par les eaux. Après avoir supporté 18 heures de pluie de cendres, leur réaction indique que cette nouvelle activité devait être plutôt terrifiante. Le pic d'intensité des tremblements de Terre est d'ailleurs atteint le matin du 25, avec même la formation de tsunami décrits par Pline l'ancien.

Que peut-on dire alors sur ce changement d'activité d'après les dépôts ?

- Les dépôts

Dépôt chaotique formé par les nuées ardentes à Pozelle au sud du Vésuve (la personne au centre du dépôt donne l'échelle). On y trouve des blocs de lave de plus de 3mètres de diamètre ainsi que des blocs de calcaire arrachés par l'avalanche. © Cliché Sigurdsson et al, 1985

En dessus des dépôts Pliniens, on trouve des dépôts beaucoup plus hétérogènes, presque chaotiques souvent très épais, et qui ne sont pas répartis de façon régulière autour du volcan.

Figures de chenaux observées dans un dépôt de nuée ardente à grains fins. La règle mesure 1m. © Cliché Sigurdsson et al, 1985

Ces dépôts ressemblent à des dépôts de chenaux, montrent des loupes et des petites dunes en base de coulées, semblables à celles qui sont produites par les écoulements marins.

Ils suivent la topographie, sont plutôt fins sur les reliefs et très épais dans les vallées. Les dépôts contiennent souvent des bouts de toit ou de murs, des morceaux d'arbres calcinés et parfois même des restes humains qui ont été transportés dans l'écoulement. Ces dépôts ressemblent donc plus à des dépôts d'avalanche qu'à une pluie de cendres.

En accord avec une mise en place sous forme d'avalanches, on rencontre d'ailleurs des dépôts très importants devant les murs des cités contre lesquels ils se sont accumulés avant de les effondrer.

Nuées ardentes - Schéma de l'effondrement du panache plinien, se développant en avalanche sur le flanc du volcan © Kaminski, IPGP

Il est alors naturel d'associer ces dépôts à des avalanches naissant du panache volcanique et dévalant les pentes du volcan.

On appelle ces avalanches des nuées ardentes.

Dans les dépôts de l'éruption de 79, on peut compter jusqu'à six avalanches.

La quatrième fut la plus forte et frappa Pompei de plein fouet. Dans la ville d'Herculanum, c'est plus de 20 m de dépôt que l'on trouve, la ville ayant été affectée par quasiment l'ensemble des nuées ardentes en raison de sa proximité avec le volcan.

Epaisseur totale moyenne des dépôts de nuées ardentes (en m). Les zones principales de mise en place sont figurées en rouge. © Schema Sigurdsson et al, 1985

De plus il semble que les avalanches qui ont enseveli la ville aient été particulièrement chaudes comme le prouve la transformation de tout le bois de la ville en charbon, à une température de plus de 400 degrés. Enfin, on note que ces dépôts sont entrecoupés de dépôts pliniens.

- Les témoignages

Pline l'ancien n'a pas pu témoigner sur les nuées ardentes car ce sont elles qui l'ont tué, ainsi que les habitants qui n'avaient pas fui sous la pluie de ponces. Par contre, Pline le jeune a laissé des lettres décrivant les manifestations du volcan observées à distance raisonnable.

À Stabiae, les habitants furent envahis par des odeurs de souffre et une pluie de feu (des bombes volcaniques explosant en touchant le sol) alors que l'avalanche promettait d'atteindre la ville, provoquant la fuite éperdue des habitants.

Corps à Pompéï

À Misenum, protégée par la direction des vents, la ville avait été épargnée par les chutes de ponces de la phase Plinienne précédente. Par contre, les séismes dus à l'éruption furent ressentis avec une intensité de plus en plus forte au cours des 24 et 25 août. Les objets furent complètement renversés et les chars, même bloqués par des pierres, furent déplacés lors des tremblements de terre. Le 25, peu de temps après les plus violents séismes, Misenum fut témoin de la première nuée ardente, formant un noir nuage traversé d'éclairs d'électricité statique et descendant vers la mer.

Herculanum

Les nuées ardentes vont alors se succéder, emportant d'abord Pompéi puis Herculanum. On pense que seulement un dixième de la population fut tué par les nuées car de nombreux habitants avaient fui pendant la phase Plinienne.

Pline le jeune eut la chance de s'enfuir assez tôt pour se trouver à la périphérie de la zone détruite par les avalanches ; Pline l'ancien n'eut pas cette chance et mourut d'avoir voulu observer l'éruption de trop près.