Les lacs de lave et leur comportement // Lava lakes and how they behave

drapeau-francaisCertains volcans ont le privilège d’héberger un lac de lave permanent: l’Erta Ale en Ethiopie, le Nyiragongo en République Démocratique du Congo, le Kilauea à Haiwaii, l’Erebus en Antarctique. Le Villarrica au Chili montre un lac de lave intermittent au fond de son cratère. Au Vanuatu, la lave est brassée par les gaz du Marum et du Benbow, mais il s’agit plus de chaudrons de lave bouillonnante que de véritables lacs de lave.
Les scientifiques se posent beaucoup de questions sur le fonctionnement des lacs de lave. La projection récente d’un documentaire sur le Nyiragongo a réanimé le débat et plusieurs hypothèses ont été avancées. Comme le faisait remarquer l’ami Robin Campion dans les commentaires, tous les lacs de lave ne présentent pas les mêmes caractéristiques. Ainsi, le comportement du lac de lave à l’intérieur du cratère de l’Halema’uma’u à Hawaii est géré par les phénomènes de gonflement et de dégonflement auxquels est soumis le Kilauea. Un gonflement signale une montée de magma depuis les profondeurs, tandis que le dégonflement trahit un reflux de l’alimentation. On remarquera par ailleurs que la surface du lac de lave est animée d’un mouvement de convection avec, de temps en temps, de petites fontaines de lave lorsque les gaz ont envie de s’échapper à la surface.
A Hawaii a également été observé un phénomène intéressant baptisé « gas pistoning » par les scientifiques en poste au HVO. Ce « gas pistoning » fait référence aux fluctuations du niveau de la lave à l’intérieur d’une bouche ou d’un lac de lave, souvent de manière cyclique. Il est bien connu à Hawaii où il a été observé pour la première fois dans les années 1970 lors de l’éruption du Mauna Ulu. Il se caractérise par une montée relativement lente de la surface de la lave recouverte d’une croûte, suivie de la chute brutale de son niveau avec projection de lambeaux de lave sous l’effet des gaz.
Le site web du HVO montre une vidéo avec une série de trois épisodes de « gas pistons » dans la bouche ‘Drainhole’ du Pu’u o’o le 3 juin 2006. Cette bouche mesure environ 8 mètres de diamètre et se situe à l’intérieur d’une bouche plus grande d’environ 25 mètres de diamètre.
https://www.youtube.com/watch?v=3ll5p8pfI5Q

Quatre explications ont été fournies dans un rapport écrit en 2012 par les scientifiques hawaiiens pour expliquer le phénomène du « gas pistoning » (http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00445-012-0667-0#/page-1) :
1) Les gaz sont piégés sous la surface croûtée de la lave ou sous une couche de lave visqueuse qui surmonte la colonne de lave plus fluide avant d’être libérés de façon épisodique.
2) Des bulles de gaz discrètes se forment épisodiquement et montent lentement dans la lave qui se trouve dans le conduit avant d’éclater à la surface
3) Une montée régulière des gaz réduit temporairement la densité globale de la colonne de lave et la fait s’élever dans le conduit. L’ensemble devient instable ; la surface de la lave chute et le système se remet en place pour un nouveau cycle.
4) La dernière théorie – celle privilégiée par Robin Campion dans son commentaire à propos du Nyiragongo – évoque la possibilité de la formation, puis de la chute, d’une couche d’écume de lave au sommet de la colonne, même si celle-ci est recouverte d’une croûte. Pour reprendre l’explication de Robin, « la rétention et l’accumulation progressive en profondeur d’une phase gazeuse libre formerait une sorte de mousse qui se ferait piéger dans les sinuosités du conduit. Cette étape correspondrait à la montée progressive du niveau de la lave […] Quand cette mousse atteint un volume critique, elle se libère de son « piège », remonte dans le conduit du fait de sa faible densité, et, quand elle arrive proche de la surface, elle dégaze en quelques dizaine de minutes (phase de fontaines intenses et de baisse de niveau) ».
Ce ne sont que des hypothèses qui demandent à être approfondies. D’ailleurs, le rapport fourni par les scientifiques hawaiiens en 2012 ne tirait pas de conclusion définitive de ces quatre hypothèses. Les observations avaient été faites essentiellement à partir des images fournies par les webcams du Pu’uO’o en 2006.

Comme je l’ai écrit dans les commentaires, s’agissant du Nyiragongo, le plus important reste la prévision et la prévention volcaniques. Comme le fait très justement remarquer le documentaire, la ville de Goma est sous la menace du volcan. Que ce soit en 1977 (probablement 600 morts) ou en 2002 (45 victimes), la lave s’est écoulée suite à un éventrement du volcan car les fractures qui parcourent ses flancs n’ont pas pu résister à la pression de la lave fluide qui a très vite atteint Goma. Les prochaines éruptions du Nyiragongo nous diront si des progrès ont été réalisés. Il faudrait aussi que la population prenne conscience de ce danger et que cessent les actes de vandalisme qui font disparaître des instruments de mesures extrêmement précieux.

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drapeau anglaisSome volcanoes host a permanent lava lake! Erta Ale in Ethiopia, Nyiragongo in the Democratic Republic of Congo, Kilauea in Haiwaii or Erebus in Antarctica. Villarrica in Chile shows an intermittent lava lake at the bottom of the crater. In Vanuatu, the lava is brewed by gases in Marum and Benbow, but they are more bubbling cauldrons that real lava lakes.
Scientists have asked many questions about the functioning of lava lakes. The recent screening of a documentary showing Nyiragongo revived the debate and several hypotheses have been advanced. As was noted by Robin Campion in the comments, all lava lakes do not have the same characteristics. Thus, the behaviour of the lava lake inside Halema’uma’u Crater in Hawaii is managed by the phenomena of inflation and deflation which affect Kilauea volcano. Inflation indicates magma rising from deep, while deflation betrays a reflux in the feeding system. We can also notice that the surface of the lava lake is animated by a convective movement with, at times, small lava fountains when gases escape to the surface.
In Hawaii, an interesting phenomenon called “gas pistoning” by HVO scientists was also observed. This “gas pistoning” refers to the level fluctuations of lava inside a vent or a lake, often cyclically. It is well known in Hawaii, where it was observed for the first time in the 1970s during the eruption of Mauna Ulu. It is characterized by a relatively slow rise of the lava surface covered with a crust, followed by the sudden collapse with lava ejections under the pressure of the gases.
The HVO’s website shows a video with a series of three episodes of “gas piston” in the Drainhole Vent within Pu’u o’o on June 3rd 2006. The vent is approximately 8 metres in diameter and is located within a larger vent about 25 metres in diameter.
https://www.youtube.com/watch?v=3ll5p8pfI5Q

Four explanations were provided in a report written in 2012 by Hawaiian about the “gas pistoning” phenomenon (http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00445-012-0667-0#/page-1 )
1) The gases atre trapped beneath the crusty surface of lava or a viscous layer at the top of the lava column or lake before being released episodically.
2) Discrete gas slugs form episodically and then rise slowly in the conduit before bursting through the surface
3) A steady streaming of gas temporarily reduces the bulk density of the lava column, causing ot to rise in the duct. The whole system becomes unstable; the lava surface falls and the system is reset for a new cycle.
4) The last theory – the one referred to by Robin Campion in his commentary – raises the possibility of the formation and collapse of a foam layer on top of the column, even if the latter is covered with a crust. To mention again Robin’s explanation, “the retention and deep progressive accumulation of a free gas phase would form a kind of foam that would be trapped in the windings of the conduit. This stage corresponds to the gradual rise in the level of the lava […] When the foam reaches a critical volume, it becomes free of its « trap », goes up in the conduit thanks to its low density, and when it comes near the surface, it degasses within ten minutes (intense lava fountaining and drop of the level).”
These are only hypotheses. The report provided by the Hawaiian scientists in 2012 did not draw definitive conclusions from these four assumptions. The observations were made mainly from images provided by the Pu’uO’o webcams in 2006.

As I put it in the comments, regarding Nyiragongo, what really matters is volcanic prediction and prevention. Indeed, Goma is under the threat of the volcano. Whether in 1977 (probably 600 deaths) or 2002 (45 victims), lava rushed into the town because the fractures along the sides of the volcano could not withstand the pressure of the fluid lava which quickly reached Goma. The next eruption of Nyiragongo will tell us whether progress has been made. The population should become aware of this danger and it would be great if acts of vandalism stopped, with the robbery of extremely valuable measuring instruments.

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Lac de lave dans le cratère du Pu’uO’o à Hawaii (Photos: C. Grandpey)