Lusi et les volcans de boue : I Généralités sur la présence des volcans de boue.

Depuis le 29 mai 2006, un volcan de boue, à l’est de l'île de Java en Indonésie, dans le district de Sidoarjo, rejette une matière chaude, visqueuse et nauséabonde. Entre 100.000 et 200.000 mètres cubes de boue, engloutissant rizières, quartiers d'habitations, zones industrielles et une autoroute, se déversent quotidiennement et forment un lac bourbeux et marécageux couvrant deux à trois milliers d'hectares d'où n'émergent que quelques crêtes de toits de maisons.

Ce liquide visqueux est la résultante d'une poche d'eau chaude, tenue sous pression par une concentration de gaz pétrolifères, située à 2.700 mètres en profondeur, qui arrache des sédiments en remontant vers la surface et rien ne permet d'affirmer si cette manifestation géologique sera de courte ou de longue durée, certains experts prévoyant 1 à 10 ans, d'autres, plus pessimistes, prédisant 100 ans et plus.

Rien à voir avec le volcanisme traditionnel.

Un volcan de boue ? Quel est donc ce phénomène, - assez commun du reste sur l'ensemble de la planète Terre bien qu'il n'est point trop coutume de parler -, qui, depuis l'éruption javanaise du Limpur Sidoarjo, aussi dénommé Limpur Lapindo, « Lusi », se soldant par une catastrophe humaine, économique et environnementale, mérite d'être expliqué.

Volcans de boue à Berca, Roumanie.

N'ayant rien à voir avec le volcanisme traditionnel, l'édifice « dégurgiteur » de boue est, par définition, une formation géologique résultant de phénomènes particuliers. Aux XVII° et XVIII° siècles, les interprétations, sur leur origine, s’inspiraient de la théorie d’Aristote assise sur le rôle des vents s’engouffrant dans les cavités. Mais d'autres théories étaient énoncées, telles celle de Descartes, en 1664. pour qui la Terre était un ancien Soleil se refroidissant en diffusant lentement sa chaleur, ou celle de Buffon(1), en 1749, préconisant l'existence d'un feu causé par la combustion du charbon de bois ou bien de pétrole et par la fermentation des pyrites.

Et si les géologues et les naturalistes, voilà encore deux siècles, organisaient des expéditions en Sicile, c'était pour deux raisons essentielles : l’Etna et les Malacubes, près d’Agrigente. En effet, la présence des volcans de boue, vulcanellis des Malacubes, proches du Mungibello(2), intriguaient. Pour de nombreux savants, ils étaient la preuve évidente que les volcans provenaient de l’inflammation de pyrite ou de pétrole. Et cette inflammation était visible tout particulièrement sur l’Etna alors que cette chaleur interne, aux Malacubes, était juste suffisante pour forme

Volcan de boue Gryphon, en Azerbaïdjan.

Pour ces intellections, l'usage du terme « volcan » est resté mais il est surtout « employé » en raison de la morphologie apparente du phénomène géologique car ces édifices « dégurgiteurs » de boue sont dotés d'un cône et d'un cratère comme un « véritable » volcan. Au lieu de magma, les volcans de boue régurgitent, des tréfonds de la partie sommitale de la lithosphère, du matériel visqueux et boueux, des gaz, - méthane et dioxyde de carbone -, et de la vapeur d'eau, et non de la roche en fusion, ni des tephras, des cendres, des lapilli, des scories, des pierres ponce, etc..., ni des dioxyde de carbone et de soufre, du monoxyde de carbone, du chlorure et du sulfure d'hydrogène, etc... Et s'il est un modèle à donner à ces édifices, c'est à la consistance de la boue qu'est dû le modèle : pâteuse, le cône sera marqué, liquide, le cône sera peu visible ou inexistant.

Enfin, de par leurs caractéristiques, les volcans de boue sont de gros émetteurs de méthane, - notamment s'ils jouxtent un champ pétrolifère -, de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau. Si, comme référence aux émissions gazeuses rejetées par les quatre plus gros édifices d'Azerbaïdjan, - qui en compte plus de 400, dont le Boyuk Khanizadagh, le Turaghai, le Lokbatan, le Gobustan, le Firouz, le Brianna, le Gryphon..., sur les 800 répertoriés sur la Terre -, quelques 14.000 tonnes par an, l'ensemble des volcans de boue de la Terre dégageraient quelques 100 millions de tonnes de gaz chaque année, environ 5% des émissions naturelles de Gaz à effet de serre, - les GES -, dans l'atmosphère!

Milieux géologiques favorisant la formation des volcans de boue.

Les volcans de boue apparaissent, préférentiellement, dans les zones de subduction, les champs pétrolifères et les deltas des grands fleuves. Ils ne sont pas, uniquement, l'apanage des plaques lithosphériques continentales terrestres, ils peuplent, aussi, le fond des océans et des mers. Les plus importants d'entre eux ont jusqu'à 10 kilomètres de diamètres et s'élèvent à plus de 700 mètres d'altitude. Il semblerait, des images infrarouge prises depuis l’espace montrant des structures similaires à celles résurgeant sur la Terre, qu'il en existerait sur la surface de la planète Mars.

Subduction entre les plaques du pacifique, de Juan de Fuca et la plaque nord-américaine.

Le premier contexte géologique favorisant l'apparition des volcans de boue est la zone de subduction. Cette zone est l'expression du processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque plus légère, généralement une plaque lithosphérique océanique, devenue froide et dense avec le temps et s'étant décrochée, soit d'une marge continentale qui lui était associée, soit d'une autre lithosphère océanique, sous une plaque lithosphérique continentale ou sous une plaque océanique plus récente, à densité plus faible, jusqu'à une profondeur d'environ 700 kilomètres, au-delà de laquelle elle est recyclée dans le manteau.

C'est dans ces zones de subduction qui frangent les plaques tectoniques que se manifeste, en outre, le volcanisme actif soit sous la forme d'un arc volcanique insulaire(3) à convexité généralement tournée vers le large, donnant naissance à des îles, si la lithosphère chevauchante est océanique, soit sous la forme de cordillères continentales, - Les Andes, les Cordillères Ouest-américaines... -, si la plaque lithosphérique subjacente est continentale. Ces volcans, classifiés généralement gris, explosifs et dangereux, à cause de leur lave visqueuse, riche en silice, ayant du mal à s'écouler, se situent majoritairement le long de la « ceinture de feu du Pacifique. » Leurs magmas sont surabondants en gaz dissous, eau et dioxyde de carbone, et leur libération soudaine peuvent se traduire par des nuées ardentes et des coulées pyroclastiques(4).

Zones de subduction et les volcans de boue.

En outre, l'espace laissé libre entre la plaque subductante et la plaque subjacente se comble de sédiments détritiques et de particules biogéniques calcaires et siliceuses scellées par des argiles très fines, gorgés d'eau. Une partie de ces atterrissements s'accumulent, alors, se compressent, se compactent en écailles, se déforment, se transforment, se superposent, et forment un bourrelet caractéristique de la subduction, - phénomène géologique autrement dénommé prisme d'accrétion sédimentaire(5) -, qui émergera, un jour, au cœur des montagnes. Une autre partie est entraînée dans la zone de subduction et, grâce à son eau, elle favorise la fusion du manteau et participe à l'élaboration des matériaux qui constitueront des magmas. La boue « abyssale », d’une épaisseur atteignant parfois les 500 mètres, portée par la plaque plongeante, se trouvant piégée dans la zone de subduction, par compression, est souvent expulsée et génère des éruptions de boue.

Le second contexte prend ses assises dans les deltas des fleuves, - constructions sédimentaires littorales en forme d'éventail, à faible pente, plus ou moins bourbeuse, marécageuse, tourbeuse et lagunaire, édifiée au débouché d'un cours d'eau dans la mer, dans un lac ou dans un autre cours d'eau -, où le taux de sédimentation est très élevé. Les dépôts alluvionnaires peuvent atteindre des milliers de mètres d'épaisseur et s'avèrent extrêmement riches en hydrocarbures, en houille et en lignite. Ils entraînent la formation de levées naturelles, l'exhaussement du lit fluvial et la division inégale de l'écoulement des eaux en deux ou plusieurs bras ramifiés. Et, en fonction de la charge et de la taille des particules transportées par les eaux des fleuves, la sédimentation progresse, plus ou moins rapidement, vers l'aval, - la progradation deltaïque -, jusqu'à 100 mètres et plus par an suivant les deltas.

Morphologie d'un delta.

S'avère-y-il nécessaire, dans le cadre de cette étude, de s'aventurer plus au fond en analysant les divers types de deltas, leur morphologie, leur dépendance à l'importance relative des facteurs qui sont le volume des apports sédimentaires du fleuve, l'énergie de la houle et l'énergie de la marée ? Et de prendre en considération, les développant, leur classification en deltas à dominance fluviatile, deltas à dominance de marée et deltas à dominance de vagues, pour les principaux ? Où si ce sont des deltas récents ou anciens ? Certes les sites de deltas anciens offrent d'excellentes possibilités de gisements d'hydrocarbures car ils contiennent, à la fois, des argiles riches en matière organique pouvant jouer le rôle de roche-mère si la maturation de la matière organique est convenable, et des corps sableux poreux pouvant faire office de réservoirs.

A titre d'exemple, le delta tertiaire du Niger contient les champs pétroliers du sud du Nigéria. Les mêmes potentialités se retrouvent dans le delta tertiaire de la Mahakam, en Indonésie. Enfin, les structures deltaïques sont, aussi, associées aux accumulations de matière végétale finalisant la tourbe, le lignite ou la houille selon le type de végétation et le degré de transformation.

En Méditerranée, au sein du delta profond du Nil, d'étranges structures ont été détectées sur le fond de la mer : volcans de boue, cheminées gazeuses et « pock-marks ».

En vérité, ces grandes lignes rapidement explicitées, c'est leur schéma de remplissage qui prête intérêt et considération... En effet, quand les sédiments s'accumulent normalement dans un bassin, les alluvions les plus récentes s'étagent au-dessus des plus anciennes. Cette accumulation compacte, par leur propre poids, les couches plus profondes et cette action mécanique entraîne l'expulsion de l'eau contenue dans les strates plus profondes. Dans ce contexte normal, les volcans de boue ne se forment pas.

Au différent, quand le taux de sédimentation augmente dans les bassins deltaïques, le processus de sédimentation en est tout bouleversé. L'arrivée massive des sédiments entraine, lors, leur accumulation plus rapidement et l'eau des couches sédimentaires profondes ne peut plus être expulsée correctement. Un niveau de boue se crée entre deux strates et, les alluvions supérieures continuant à s'accumuler, de fortes pressions s'exercent sur la couche de boue intermédiaire jusqu'à son éruption par compression.

Le troisième contexte se rencontre dans quasi toutes les zones géothermiques et volcaniques de la planète. Il se caractérise par la présence de mares de boue, ou mudpot, - piscine de boue ou un pot de peinture -, généralement accompagnées de geysers, de sources chaudes et de fumerolles et les mares de boue, brassant des sédiments, - argile d'origine volcanique, oxyde de fer, soufre... -, sont un compromis de geyser, de source chaude et de fumerolles, tout en étant de même nature, se caractérisant par d'incessantes et perpétuelles remontées de bulles de gaz à la surface. Cette action mécanique, d'origine volcanique, est typique des zones géothermiques très actives, la température des boues y variant de 80 à 200 ° C.

Mais tous ces phénomènes géologiques auxquels il est utile d'y adjoindre les autres phénomènes paravolcaniques tels les solfarates, les mofettes, les hornitos, les maars, les lacs acides, les monts hydrothermaux et les éruptions limniques, bien que de nature commune, présentent des différences dans les origines de leurs jailllissements.

Les geysers et les sources et résurgences, des exutoires chauds, du moins leur activités, sont liés aux infiltrations d'eau en profondeur et grande profondeur. L'eau, en s'infiltrant dans la croûte terrestre, continentale ou océanique, et dans le manteau supérieur, est chauffée par sa rencontre avec une roche chauffée, elle-même, par le magma ou le gradient géothermique(6). L'eau, ainsi chauffée, mise sous pression, jaillit à la surface, par le truchement d'orifices, généralement étroits, reliés à des conduits fins menant à d'imposants réservoirs d'eau souterrains, par effet de convection.

Le steamboat Geyser au Yellowstone.

Les sources d'eau chaude sont des bassins thermaux, jaillissant du sol à une température élevée oscillant entre 30 et 100° C., mais si les eaux ne peuvent accéder à la surface, leur accumulation génère la formation de lacs géothermiques souterrains que l'homme, en forant le sol, transforme en geysers artificiels appelés « puits géothermiques jaillissants » tel, en 1890, l'apparition du Fly geyser(7), en plein milieu du Black rock désert, dans l'état de l'Utah, aux États Unis d'Amérique.

Le jaillissement des mares de boue, ou des mudpot, au différent des geysers et des sources d'eau chaude, prend ses origines au cœur d'une zone sédimentaire d'origine volcanique ou déltaïque. Les sédiments meubles, tout particulièrement de type argile grisâtre, mélangés à l'eau, qui remontent en surface, résultent de la décomposition soit de matériaux volcaniques, scories ou lapillis, par l'acide sulfurique émanant des solfatares et des fumerolles, soit de matériaux alluvionnaires durs. Dans le zones paravolcaniques et postvolcaniques, propices à la présence de volcans plats à sols de cendres et de soufre ou de fissures par lesquelles se dégagent de la vapeur d'eau contenant du dioxyde de carbone, du dioxyde de soufre, du sulfure d'hydrogène, etc..., les dites solfatares, avant de se tarir, se transforment en mares de boue.

Enfin, le quatrième contexte, prenant naissance dans les champs pétrolifères, est quelque peu particulier quant à son étude double par ses causes : naturelles, d'une part, et, d'autre part, relatives aux activités humaines qui intercèdent, volontairement ou involontairement, dans les processus liés aux éruptions de boue. En effet, les régions pétrolifères sont des gîtes, sous la terre ou sous le plancher océanique, où de multiples dépôts naturels de pétrole et de gaz naturel sont présents. Celles-ci ne peuvent exister que si l'histoire de la zone concernée, - tout particulièrement les régions deltaïques -, recèle des sédiments, riches en matières organiques, déposés dans des milieux confinés en climat tropical lors d'époques de réchauffement climatique intense, et enterrés à une profondeur suffisante pour leur maturation.

Raymond Matabosch.

Notes.

(1) Buffon et ses théories sur l'origine des volcans : Preuves de la Théorie de la Terre, article XVI, 1749. « Les montagnes ardentes qu'on appelle Volcans, renferment dans leur sein le soufre, le bitume, & les matières qui servent d'aliment à un feu souterrain dont l'effet plus violent que celui de la poudre ou du tonnerre, a de tout temps étonné, effrayé les hommes, & désolé la terre ; un volcan est un canon d'un volume immense dont l'ouverture a souvent plus d'une demi lieue ; cette large bouche à feu vomit des torrents de fumée & de flammes, des fleuves de bitume, de soufre & de métal fondu, des nuées de cendres & de pierres… » ou encore « …il se trouve dans une montagne des veines de soufre, de bitume et autres matières inflammables ; il s'y trouve en même temps des minéraux, des pyrites qui peuvent fermenter et qui fermentent en effet toutes les fois qu'elles sont exposées à l'air ou à l'humidité ; il s'en trouve ensemble une très grande quantité, le feu s'y met & cause une explosion proportionnée à la quantité des matières enflammées, et dont les effets sont aussi plus ou moins grands dans la même proportion : voilà ce que c'est qu'un volcan pour un Physicien… »
(2) Mungibello : L'Etna, également appelé « Ætna », « Etnea », « Monte di Catania », « Mongibello » ou « Mons Gibel Utlamat », en sicilien « a muntagna » ou « Mungibeddu », est un volcan d'Italie situé en Sicile, à proximité de la ville de Catane, la seconde ville la plus peuplée de Sicile. Culminant à 3.330 mètres d'altitude, il est le volcan le plus haut d'Europe et avec presque cent éruptions au cours du XX° siècle, l'un des plus actifs du monde. Sa forte activité éruptive, les coulées de lave très fluides et la proximité de zones densément peuplées ont décidé les volcanologues à l'inclure parmi la liste des volcans de la Décennie.
(3) Les Arcs volcaniques insulaires : Le plus grand nombre appartient à la ceinture péripacifique ; tous se trouvent situés dans le Pacifique ouest, auquel ils confèrent un caractère très accusé ; l'arc japonais est le plus connu d'entre eux. Les autres appartiennent à la ceinture dite téthysienne, du nom de l'océan aujourd'hui disparu dont sont nées les montagnes qui vont de la zone caraïbe à l'Indonésie par les chaînes de l'Eurasie méridionale : arc des Antilles à la limite de la mer des Caraïbes et de l'océan Atlantique, arcs tyrrhénien et égéen en Méditerranée, arc d'Indonésie dans l'océan Indien
(4) Les coulées pyroclastiques : Les coulées pyroclastiques sont des émissions violentes d'un mélange de gaz magmatiques, de laves, de cendres, de blocs et débris projetés latéralement sur les flancs du volcan sous l'effet de la détente de gaz sous pression. Ce mélange chaud, plusieurs centaines de degrés, peut atteindre une vitesse de plusieurs centaines de kilomètres par heure et détruit tout sur son passage. Selon leur type de mise en place, on distingue : les nuées ardentes, - Montagne Pelée, éruption de 1902, 28 000 morts -, qui accompagnent l'écroulement ou l'explosion d'un dôme de lave, les surges, les blasts qui sont déclenchés par des avalanches de flancs de volcans, - Mont St Helens, éruption de 1980 -.
(5) Le prisme d'accrétion : Le prisme d'accrétion est un prisme sédimentaire qui se trouve dans une fosse au niveau d'un zone de subduction. La plaque tectonique océanique plongeante, - subduite -, fait s'accumuler les sédiments marins et les comprime contre la plaque subjacente, - chevauchante -. Il se forme un prisme de sédiment seulement si l'angle de la subduction, - le plan de Wadati-Benioff -, est faible. Les sédiments sont comprimés jusqu'à former des écailles qui se redressent venant former un bourrelet caractéristique de la subduction, et qui peut parfois émerger par endroits. L'île de la Barbade en est un exemple notoire.
(6) Le gradient géothermique : le gradient géothermique est l'augmentation de température constatée dans le sous-sol à mesure que l'on s'éloigne de la surface. Le gradient moyen en Europe est d'environ 1°C tous les 33 mètres, soit entre 20 et 30° C par kilomètre. Et la pression, tout comme la température, augmente avec la profondeur.
(7) Le Fly geyser : Ce geyser, encore actif aujourd'hui, avait été créé alors que les propriétaires d'un ranch, en 1890, forèrent, accidentellement, une nappe d'eau surchauffée. Il en résulta l'apparition d'un geyser rouge et orange, terminé par trois cônes, juché sur une plateforme de calcaire en plein milieu du désert.