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La foudre volcanique
Le volcan Taal aux Philippines a formé un impressionnant panache montant à plus de 12 km d'altitude. Il a généré une forte activité électrique animée de puissants coups de foudre. Ces éclairs volcaniques, appelés aussi orages volcaniques ou orages sales sont courants sur certains volcans. Mais quels sont les mécanismes de formation et y a-t-il des analogies avec nos orages "classiques"?
Un phénomène plus fréquent que l'on ne l'imagine
Ces derniers jours, le volcan Taal aux Philippines est entré en activité, entraînant la formation d'un gros panache zébré de puissants éclairs. Au vu de la volumineuse matière photo et vidéo qui circule sur le net, l'on pourrait croire qu'il s'agit d'un phénomène exceptionnel. Or, ils se trouve que les volcans dont les éruptions génèrent de l'activité foudre sont assez nombreux sur la planète. En fait, les quelques études qui ont été publiées sur ce phénomène suggèrent que la plupart des volcans qui ont une activité explosive, même modeste, sont susceptibles de produire de la foudre, mais dans des proportions très variables d'un volcan à l'autre. Ainsi, des volcans comme le Sakurajiima au Japon ou les nombreux édifices volcaniques d'Amérique du Sud sont de gros producteurs de foudre, alors que pour d'autres volcans comme l'Etna tout proche, l'activité électrique semble plus sporadique. On note aussi des différences dans le fait que certains volcans, comme le Sakurajima, sont capables de produire de la foudre pratiquement sans panache, aussitôt que le matériel incandescent est éjecté par dessus la lèvre du cratère, alors que pour d'autres, les éclairs n'apparaissent qu'avec des colonnes de cendre très développées.
Un danger méconnu, sous-estimé et peu étudié
Lorsque l'on se réfère à l'activité volcanique, les images de projection de matériel incandescent, coulées pyroclastiques (nuées ardentes), coulées de lave, tsunamis, gaz et lahars (coulées de boue) viennent à l'esprit. Le danger de foudroiement ne fait manifestement pas partie de l'image d'Epinal des dangers liés à l'activité volcanique.
Ainsi, si la part de la foudre dans la mortalité liée aux éruptions volcaniques semble plutôt faible, elle fait régulièrement parler d'elle, comme ce fut par exemple le cas au Paricutin (Mexique) ou au Rabaul (Papouasie-Nouvelle Guinée).
La foudre, un phénomène pas encore complètement cerné
Dans le domaine de la formation de la foudre en général, la recherche scientifique a apporté de nombreuses réponses, mais il subsiste encore plusieurs zones d'ombre concernant l'électrification du cumulonimbus, LE nuage d'orage. Les inconnues se situent notamment au niveau des différents processus microphysiques impliqués dans la séparation des charges électriques à l'intérieur du nuage, processus qui vont conduire à créer un pôle électrique positif au sommet du cumulonimbus et un pôle négatif dans la partie basse du nuage.
Ce qu'il faut retenir, ce sont les rôles importants que tiennent les particules de glace et de pluie surfondue dans la séparation de ces charges positives et négatives. Schématiquement, les particules de glace de petite dimension, plus légères, sont entraînées vers le haut du cumulonimbus, alors que les particules plus grosses et plus lourdes, comme le grésil, tombent vers la base du nuage. Chemin faisant, ces noyaux de glace s'entrechoquent en se frottant et durant ce processus chacun acquière une charge de polarité différente. Les petits cristaux se chargent positivement alors que les gros grains de grésil se chargent négativement. Ainsi se créent de grandes différences de potentiel électrique entre le base et le sommet du nuage d'une part, et entre la base du nuage et le sol d'autre part.
La foudre volcanique, un phénomène complexe et encore mal connu
Si, comme nous l'avons vu plus haut, dans un orage "classique" les mécanismes conduisant au déclenchement de la foudre ne sont pas complètement élucidés, ceux associés à la foudre volcanique le sont encore moins et n'ont pas encore fait l'objet de nombreuses études. Il existe différentes théories qui tentent d'expliquer l'apparition de ces éclairs lors de certaines éruptions. Il est important de souligner que ces théories ne s'opposent pas forcément les unes aux autres, mais sont plutôt complémentaires, comme les éléments d'un vaste puzzle.
Petits panaches et grands panaches
L'observation des éruptions ayant généré de la foudre montre que celle-ci se manifeste le plus souvent sur des petits panaches de cendre dont la hauteur est comprise entre 1 et 4 km, mais aussi sur des colonnes de cendre nettement plus hautes avec des tailles comprises entre 7 et 12 km. Les petits panaches sont généralement composés de cendres, de matériel incandescent de tailles différentes et de gaz volcaniques auxquels se mêle de la vapeur d'eau en plus ou moins grande quantité en fonction de la nature du sous-sol du volcan, parfois très importante s'il s'agit d'une éruption sous-marine.
Dans les gros panaches, nous retrouvons bien évidemment la cendre, comme dans les petits panaches, mais la vapeur d'eau qu'ils contiennent, parfois abondante lors d'éruptions sous-marines, se transforme en eau et en cristaux de glace en montant à très haute altitude, là où les températures deviennent très froides et largement négatives.
Les grands panaches, des cumulonimbus "sales"?
La hauteur des grands panaches volcaniques correspond à peu de choses près à celle des cumulonimbus classiques. Ils atteignent de très hautes altitudes où les températures sont de l'ordre de -30 à -70°C. D'autre-part, comme nous l'avons vu plus haut, la part plus ou moins importante de vapeur d'eau contenue dans ces nuées se transforme en gouttelettes deau, puis en cristaux de glace. Du grésil finit par se former et les mêmes processus de séparation des charges s'opèrent tout comme pour les orages ordinaires. Ces colonnes provoquent non seulement des chutes de cendres et de pierres ponces, mais aussi de fortes pluies, voire de la grêle. Il n'est donc pas faux de désigner ces imposantes colonnes nuageuses, surmontées par une enclume, comme cumulonimbus. Vu que ceux-ci sont composés aussi d'une bonne part de cendres volcaniques et d'autre matériel solide craché par le volcan, leur nom correct serait cumulonimbus pyroclastique. Ils sont aussi nommés cumulonimbus sales ou orages sales par certains auteurs. Dans ce type d'orage sale, la cendre volcanique et d'autres fragments de roche participent activement au processus de séparation des charges par collision et frottement entre les différents éléments, dont les cristaux de glace.
Foudre sur les petits panaches
Bon nombre d'observations ont montré une intense activité électrique avec des petits panaches, voire pratiquement sans panache bien constitué, comme cela est souvent le cas pour des volcans semblables au Sakurajima dans le sud du Japon. Ici, point d'eau liquide ni de glace au vu des très hautes températures en sortie des cratères. Dans ce cas, le processus de charge repose sur la friction et la collision des grains de cendre et des roches volcaniques expulsés par les explosions. D'autre-part, à la sortie des bouches éruptives, la violence des ces explosions fractionne et pulvérise littéralement les roches. Ce processus de fractionnement est aussi un gros contributeur à la charge électrique qui se crée très rapidement autour de la lèvre du cratère. Ceci explique les cas de foudre pratiquement sans panache. A noter que la capacité d'un volcan de générer la foudre sur des petits panaches dépend de la forme des grains de cendre. Leur forme plus irrégulière entraîne davantage de friction et un potentiel électrique plus important. La forme et dimension de ces grains de cendre dépend elle-même de leur composition, qui est propre à chaque volcan.
L'influence du radon
Enfin, des études plus récentes tendraient à montrer que la propension d'un volcan à générer la foudre dépend également de la quantité de gaz radon contenue dans le magma. Cette quantité de radon émise par un volcan diffère fortement d'un type de volcan à l'autre et peut aussi varier au cours des âges au sein du même volcan.
On le voit, le domaine de la foudre et notamment la foudre volcanique est vaste et complexe. Les mécanismes de formation ne sont pas encore totalement bien élucidés, mais la recherche scientifique continue afin de mieux compendre ce phénomène spectaculaire mais dangereux.