super éruptions: mieux comprendre les écoulements pyroclastiques

Un nouveau regard sur les mécanismes physiques responsables des écoulements pyroclastiques

Une étude internationale, conduite par des chercheurs du Laboratoire magmas et volcans (IRD/CNRS/Université Blaise Pascal), de l’Université de Buffalo et de l’Institut d’études géologiques des Etats-Unis, apporte un nouvel éclairage sur la compréhension des mécanismes physiques responsables des écoulements pyroclastiques générés lors des super-éruptions volcaniques.

Jusqu’à présent, seul le modèle de mélange dilué turbulent permettait d’expliquer les distances de parcours considérables de ces écoulements.

Les chercheurs révèlent pour la première fois l’existence d’écoulements denses, engendrés par un très fort débit éruptif et une pression de gaz interstitielle soutenue.

Ces résultats permettent de mieux évaluer les aléas volcaniques.

Ils sont publiés le 7 mars 2016 dans la revue Nature Communications (Slow-moving and far-travelled dense pyroclastic flows during the Peach Spring super-eruption, O. Roche, D. C. Buesch & G. A. Valentine. Nature Communications, 7 mars 2016.
DOI :10.1038/ncomms10890 Consulter le site web )


De gauche à droite: © IRD / Pablo Samaniego, Benjamin Bernard, Pablo Samaniego:Emission de gaz du volcan Ubinas (Pérou) en avril 2014 ; Eruption du Tungurahua (Equateur) en mai 2010 ; Volcan Calbuco (Chili) avec une faible activité fumarolienne (2015).

Les super éruptions?

Les super-volcans ?

Les super-volcans ont un indice d’explosivité volcanique de 8, ils correspondent à des volcans avec d’immenses caldeiras d’effondrement .

indice 8 : Ultra-Plinien supervolcan ,de type apocalyptique, volume de magma éjecté supérieur à 1000 km3

NB: L’indice d’explosivité volcanique ( échelle VEI de l’anglais Volcanic Explosivity Index ) fut inventé  en 1982 par Chris Newhall ( USGS) et  par Steve Self(Université d’Hawaii) pour établir une mesure relative de l’explosivité des éruptions volcaniques.

Les super-éruptions ?

Les super-éruptions, toutes préhistoriques,  donc jamais  observées, ne sont connues que par leur dépôts (Yellowstone, Toba, Taupo en Nouvelle-Zélande)…

Les super-éruptions volcaniques explosives, dont le volume dépasse 500 km3 de magma, constituent des phénomènes cataclysmiques rares mais extrêmement dévastateurs.

pyroclastiques

Elles génèrent des écoulements pyroclastiques

Ces écoulements sont des mélanges de gaz et de fragments de roches à haute température, plus denses que l’atmosphère, qui dévalent les flancs des volcans, détruisant tout sur leur passage.

Les dépôts issus de ces écoulements sont appelés ignimbrites.

Les ignimbrites peuvent s’étendre sur des distances de plus de 100 km depuis le centre éruptif.

Deux mécanismes physiques distincts à l’origine des écoulements pyroclastiques

La compréhension des processus à l’œuvre lors du transport et du dépôt des écoulements pyroclastiques, essentielle pour estimer les aléas naturels liés à ces phénomènes, intéresse les volcanologues depuis de nombreuses années.

Deux mécanismes physiques fondamentalement différents sont susceptibles d’opérer:

  • un écoulement rapide et dilué (contenant moins d’1 % de particules, en volume), dont la turbulence maintient les particules en suspension
  • ou bien un mélange avec une concentration quasi-maximale en particules, au sein duquel la pression de gaz interstitiel réduit la friction interne.

Jusqu’à présent, seul le modèle d’écoulement dilué avait pu être démontré quantitativement, requérant des vitesses de propagation supérieures à 200 m/s.

L’objectif de ces recherches est de comprendre le comportement des écoulements pyroclastiques à partir d’un exemple bien caractérisé, afin de définir un modèle applicable à l’ensemble des super-éruptions se produisant sur Terre.

L’ignimbrite de Peach Spring révèle ses secrets

Dans cette étude, les chercheurs ont étudié l’ignimbrite de Peach Spring (en Arizona, aux Etats-Unis), formée par des écoulements de plus 170 km lors d’une éruption survenue il y a 18,8 millions d’années, émettrice de plus de 1300 km3 de magma et ayant conduit à la formation d’un cratère volcanique géant (ou caldera).

Les dépôts de  Peach Springs Tuff sont donc en relation avec l’éruption de la Silver Creek Caldera en Arizona il y a 18.8 millions d’années.

PSTMap

Carte montrant l’étendue de la Peach Spring Tuff (orange) et l’emplacement du Silver Creek Caldera source my.vanderbilt.edu/supereruptionreu/

Ils se sont intéressés à la présence, dans l’ignimbrite étudiée, de gros blocs de roches (> 0,5-1 m) présents initialement sur le substrat et entrainés par les écoulements pyroclastiques.

Une première analyse leur a permis de démontrer que de tels blocs n’avaient pas pu être mis en mouvement par des écoulements dilués à des vitesses réalistes.

© IRD / Olivier Roche: La photo (a) montre le dépôt de l’écoulement pyroclastique qui contient de gros blocs de roches entrainés à Peach Spring. La photo (b) explique le mécanisme qui opère lors d’une expérience de laboratoire qui simule un écoulement pyroclastique.

Afin de comprendre ce phénomène d’entrainement, les chercheurs ont ensuite simulé, en laboratoire, la propagation d’un écoulement pyroclastique sur un substrat de particules.

La procédure, mise au point avec les partenaires de l’Université de Chili, consiste à générer, à petite échelle, un écoulement gravitaire constitué d’un mélange dense de particules solides et d’air. Grâce à ces expériences, les chercheurs ont montré, pour la première fois, qu’un gradient de pression généré à la base de l’écoulement permet de soulever les particules du substrat, qui sont alors incorporées dans l’écoulement et entrainées vers l’aval.

En appliquant la loi expérimentale qui relie la taille des particules du substrat entrainées à la vitesse de l’écoulement, les auteurs ont pu calculer la vitesse des écoulements pyroclastiques qui ont formé l’ignimbrite Peach Spring: entre 5 et 20 m/s. Cette vitesse, sur une distance de parcours minimale de 170 km, a ensuite permis de déterminer la durée de l’éruption (entre 2,5 et 10 heures), et son débit (10-10 m/s), supérieur à ceux connus jusque-là.

Vers une meilleure évaluation des aléas volcaniques dans les pays du Sud

Grâce à cette combinaison d’expériences en laboratoire et de données de terrain, les chercheurs concluent que lors d’une super-éruption, un fort débit éruptif pendant plusieurs heures et une pression de gaz interstitielle soutenue dans les écoulements pyroclastiques peuvent être plus efficaces qu’une suspension diluée extrêmement rapide pour causer de très grandes distances de parcours.

Ce nouveau regard sur les mécanismes de propagation des écoulements pyroclastiques invite à reconsidérer les interprétations de nombreuses ignimbrites générées par des super-éruptions au cours de l’histoire de la Terre. Il ouvre de nouvelles perspectives pour mieux évaluer les aléas volcaniques, notamment le long de la Cordillère des Andes, qui regroupe certains des volcans les plus actifs du monde: Chimborazo, Cotopaxi, Tungurahua (Equateur), Ubinas, Misti (Pérou), Lascar, Villarrica, Calbuco (Chili)…

Gestion des aléas et risques volcaniques: une coopération scientifique Nord-Sud

Priorité scientifique de l’IRD, la gestion des aléas et risques volcaniques fait l’objet d’une coopération scientifique de longue date avec les partenaires des pays du Sud, dans les Andes (Chili, Equateur, Pérou) et dans les océans Indien et Pacifique (Indonésie, Vanuatu).

Depuis 2015, un consortium a vu le jour en Amérique latine, et constitue un outil de coopération régionale: le projet VIMESEA. Coordonné par l’IRD et la Commission nationale de recherche scientifique et technologique du Chili (CONICYT) et financé par la Commission européenne, ce projet vise à améliorer les connaissances sur les mécanismes des éruptions volcaniques dans les Andes et leurs impacts sur l’environnement et les sociétés. Il implique plusieurs instituts de recherche européens (Laboratoire magmas et volcans du CNRS, de l’Université Blaise Pascal et de l’IRD, Université de Bristol, Université de Munich, Institut de volcanologie de Pise) et sud-américains (Université du Chili, Institut géologique, minier et métallurgique du Pérou, Institut géophysique d’Equateur).

Des recherches sont également conduites en Equateur et au Pérou

– Laboratoire mixte international « Séismes et volcans dans les Andes du Nord » (LMI SVAN). Ce laboratoire étudie et surveille les volcans actifs de l’arc équatorien, tels que le Guagua Pichincha (1999-2001), le Tungurahua (1999-jusqu’à aujourd’hui) et le Reventador (2002 jusqu’à aujourd’hui).

– Equipe de volcanologie de l’INGEMMET Pérou (jeune équipe associée à l’IRD VIP). Grâce à des modèles numériques capables de simuler les écoulements volcaniques et aux informations de terrain, elle produit des cartes d’aléas potentiels pour des volcans, tels que l’Ubinas (actif en 2006-2009 et 2014-2015) et le Sabancaya (actif depuis 2013).

sources  partielles de l’article :communiqué du CNRS, Université de Vanderbilt

Télécharger le communiqué de presse : CP super-éruptions
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Rosetta révèle l’âge de la comète 67P

La sonde Rosetta continue de nous livrer ses secrets :les glaces de 67P sont sous forme cristalline

Les glaces enfouies à l’intérieur de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko se trouvent essentiellement sous forme cristalline, ce qui implique qu’elles seraient issues de la nébuleuse primitive, et donc du même âge que notre système solaire.

 Deux grandes hypothèses s’affrontaient jusqu’ici:

  • celle d’une glace cristalline, où les molécules d’eau sont arrangées de manière périodique
  • celles d’une glace amorphe, où les molécules d’eau sont désordonnées.

Un problème rendu d’autant plus sensible par ses implications sur l’origine et la formation des comètes et du système solaire. 

Le spectromètre  Rosina de la sonde Rosetta a permis de répondre a cette question

Ce spectromètre de masse de Rosetta a d’abord mesuré, en octobre 2014, les abondances du diazote (N2), du monoxyde de carbone (CO) et de l’argon (Ar) dans la glace de Tchouri. Ces données ont été comparées à celles obtenues en laboratoire dans des expériences sur de la glace amorphe, ainsi qu’à celles de modèles décrivant la composition d’hydrates de gaz, un type de glace cristalline où les molécules d’eau peuvent emprisonner des molécules de gaz.

Les proportions de diazote et d’argon retrouvées sur Tchouri correspondent bien à celles du modèle des hydrates de gaz alors que la quantité d’argon déterminée sur « Tchouri » est cent fois inférieure à celle que la glace amorphe peut piéger. La glace de la comète possède donc bien une glace de structure cristalline.

Rosetta

Le noyau de la comète Tchouri vu par la sonde Rosetta

Rosetta: une découverte capitale qui permet de dater la naissance des comètes

Les hydrates de gaz sont des glaces cristallines qui se sont formées dans la nébuleuse primitive du système solaire,  à partir de la cristallisation de grains de glace d’eau et de l’adsorption de molécules de gaz sur leurs surfaces au cours du lent refroidissement de la nébuleuse.

Si les comètes sont composées de glace cristalline, cela signifie qu’elles se sont forcément formées en même temps que le système solaire, et non auparavant dans le milieu interstellaire.

La structure cristalline des comètes prouve également que la nébuleuse primitive était suffisamment chaude et dense pour sublimer la glace amorphe qui provenait du milieu interstellaire. Les hydrates de gaz agglomérés par Tchouri ont dû se former entre -228 et -223 °C pour reproduire les abondances observées. Ces travaux confortent également les scénarios de formation des planètes géantes, ainsi que de leurs lunes, qui nécessitent l’agglomération de glaces cristallines.

Image1

Figure 1. Rapports N2/CO and Ar/CO mesurés par Rosina dans Tchouri comparés aux données de laboratoire et aux modèles. Les surfaces vertes et bleues représentent respectivement les variations des rapports N2/CO et Ar/CO mesurés par l’instrument Rosina (Rubin et al. 2015 ; Balsiger et al. 2015). Les courbes noire et rouge montrent respectivement l’évolution des rapports N2/CO et Ar/CO calculés dans les hydrates de gaz en fonction de leur température de formation dans la nébuleuse primitive. Les points noirs et rouges correspondent aux mesures de laboratoire des rapports N2/CO et Ar/CO piégés dans la glace amorphe (Bar-Nun et al. 2007). Les deux lignes verticales pointillées encadrent le domaine de température permettant la formation d’hydrates de gaz avec des rapports N2/CO et Ar/CO compatibles avec les valeurs mesurées dans Tchoury.

sources de L’article :CNRS

Pour connaitre toute l’histoire très complète de Rosetta voir ici : Rosetta, un grand pas de la science

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Les Bonobos sont capables de reconnaître la voix d’un ancien congénère

 Une équipe internationale impliquant Florence Levréro, Sumir Keenan et Nicolas Mathevon, trois chercheurs de l’Institut des neurosciences Paris-Saclay (CNRS/Université Paris-Sud), basée à l’Université de Saint-Etienne, a mis en évidence la reconnaissance à long terme des voix familières chez les Bonobos.

Les Bonobos sont donc capables de reconnaître la voix d’un congénère, même après plus de cinq années de séparation.

 Photographie d’un bonobo se déplaçant en station debout (Sanctuaire Lola Ya Bonobo, Kinshasa, RDC - © Lola Ya Bonobo).

Photographie d’un bonobo se déplaçant en station debout (Sanctuaire Lola Ya Bonobo, Kinshasa, RDC – © Lola Ya Bonobo).

 

La vie sociale complexe des bonobos exige de grandes capacités d’interaction avec autrui. Cette reconnaissance d’un ancien congénère est très importante et parfois même vitale….  Télécharger le communiqué de presse du CNRS
Les Bonobos ?

  • Le Bonobo ( Pan paniscus ) est une espèce endémique à la seule République Démocratique du Congo.
  • Il vit dans une zone de forêt marécageuse située entre le fleuve Congo au nord et les rivières Kasaï et Sankuru au sud.
  • Le Bonobo est un Primate

L’ancêtre commun aux bonobos, chimpanzés et humains vivait il y a 6 à 8 millions d’années, et les deux grands singes partagent avec nous de nombreuses caractéristiques, tant du point de vue de leurs gènes que de leurs comportements.

Proposition d’une classification des Primates par P. PICQ et M. DUPUIS( source ENS Lyon)

Relue par Guillaume Lecointre, MNHN

La classification proposée ci-dessous est basée sur la prise en compte de caractères anatomiques et morphologiques.
bonobo1

(*) La classification au sein des Hominoïdes varie selon les auteurs, en fonction du type de données qu’ils prennent en compte.
La prise en compte de données moléculaires amène certains auteurs à proposer la classification évolutive suivante:

bonobos

Voici un dossier très complet sur les  Bonobos : ce nouveau dossier spécial regroupe l’ensemble des activités pour le lycée, réalisées par Frédérique Théry, sur le thème des Bonobos. Voici la liste des articles proposés :

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Les origines de l’Homme de Flores

La morphologie interne du crâne de l’Homme de Florès nous renseigne sur ses origines

Les caractéristiques physiques de l’Homme de Florès, découvert en 2003, sur l’île indonésienne du même nom, restent une source d’interrogations pour la communauté scientifique. Antoine Balzeau1 du laboratoire Histoire naturelle de l’Homme préhistorique (CNRS/MNHN/Université de Perpignan Via Domitia) et Philippe Charlier2 ont réalisé l’étude microtomographique du crâne du spécimen type de l’espèce Homo floresiensis (baptisé LB13). Leurs résultats, publiés le 15 février 2016 dans le Journal of Human Evolution, montrent que ce crâne ne présente aucun signe de pathologie connue chez Homo sapiens. Ses caractéristiques permettent d’exclure ce fossile de notre espèce et montrent plus de ressemblances avec Homo erectus.

Télécharger le communiqué de presse : Homme_Flores
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