Dangers des émissions de gaz volcaniques

« Le monde n’est pas plus volcaniquement actif, nous sommes juste plus conscients du volcanisme » écrit le professeur agrégé de Géosciences à l’Université Denison Erik Klemetti. Effectivement, nous avons l’impression que les éruptions volcaniques se multiplient depuis quelques années, or en fait elles sont toujours aussi fréquentes mais sont plus médiatisées. Il est vrai aussi que la capacité de surveillance des volcans s’est développée avec les nouvelles technologies et l’intérêt que suscite les volcans est beaucoup plus répandu.

Les volcans dans le Monde

Les volcans d'aujourd'hui

Il existe près de 10000 volcans sur la Terre, 1500 sont actifs et près d’une douzaine sont en éruption chaque jour. Parmi les actifs, certains nécessitent une surveillance constante pour protéger la nature environnante et les habitations à proximité. 10% de ces volcans actifs se situent aux Etats-Unis.

Graphique volcans actifs @Statista, Smithsonian Institution Global Volcanism Program

  • Le volcan Kilauea sur l'île d’Hawaï aux Etats-Unis : il est en éruption depuis le 5 janvier 2023 et situé dans une zone fermée du parc national des volcans d’Hawaï. Les gaz volcaniques sont les principaux dangers pour la population, constitués d’un mélange de vapeur d’eau, dioxyde de carbone et dioxyde de soufre. «Un taux d'émission de dioxyde de soufre d'environ 4.000 tonnes par jour a été mesuré le 8 janvier 2023», a précisé l'USGS (Institut d’études géologiques des Etats-Unis). L’instabilité du cratère pouvant faire trembler la terre a causé la fermeture de la zone au public depuis 2008.
  • Le volcan Cotopaxi dans le centre de l’Equateur : il est considéré comme le plus dangereux au monde. Actif depuis 2015, il s’est réveillé en octobre 2022. Il est très surveillé aujourd’hui car il génère des fumerolles jusqu’à 2 km au-dessus du cratère. Les volcanologues ont également aperçu des chutes de cendres dans plusieurs localités autour du volcan.

Différents types de volcans

Selon la position géographique et la chimie à l’origine de l’activité en fusion, on peut distinguer plusieurs types d’éruptions volcaniques. Elles n’ont pas toutes les mêmes conséquences sur la population et l’environnement.

Emissinons gaz volcaniques du Mont Pinatubo

  • Les éruptions explosives : le gaz est emprisonné dans la roche du volcan en fusion, cela fait monter la pression jusqu’à ce qu’elle se libère violemment entraînant des explosions de laves et émissions volcaniques diverses (ex : Le Mont Pinatubo en 1991 aux Philippines)
  • Les éruptions effusives : lorsque le magma se trouve moins visqueux, il fait sortir le gaz et le magma coule le long des pentes du volcan (ex : le volcan Kilauea d’Hawaï en 2018)
  • Les éruptions fissurales (peuvent être incluses dans les éruptions effusives): d’énormes fissures déjà présentes tout autour du volcan s’ouvrent faisant apparaître le jaillissement de grandes quantités de lave fluide s’étalant sur plusieurs kilomètres de long (ex : volcan Grindavik en Islande en août 2022)

Lexique

Pour les moins initiés, nous trouvions utile d’indiquer quelques définitions afin de mieux comprendre le sujet des volcans.

Eruption du volcan Stromboli @source Sipa-Press

Fumerolles : gaz enfermés dans le magma et qui s’échappent à la surface d’un volcan actif.

Magma : roche fondue localisée à plusieurs kilomètres de profondeur sous la terre, dans ce que l'on appelle des chambres magmatiques. Il est composé de gaz dissous, de liquides et d'éléments solides, comme des cristaux. Tant qu'il reste sous terre, on parle aussi de « roche plutonique ».

Caldeira : vaste cratère volcanique presque circulaire à fond plat, limité par des falaises abruptes, et d'un diamètre supérieur à 2 km. L’origine des caldeiras est différente de celle des cratères.

Coulée ou flux pyroclastique : flux situé à la base d'une nuée ardente et s'élevant peu du sol. C'est un aérosol dense composé de gaz volcaniques et de particules de tailles variables, allant de la cendre volcanique aux blocs rocheux, dépassant la taille d'une maison.

Scorie : résidu solide formé à partir de la lave qui a refroidi et qui s’est fragmentée. 

Halogénures : acides toxiques résultant de la combinaison de métaux avec le chlore, le fluor, le brome et l’iode.

CAMS (Copernicus Atmosphere Services Monitoring) : service de surveillance fournissant des informations sur la pollution de l’air, l’énergie solaire, les gaz à effet de serre, le climat partout dans le monde

Les émissions de gaz volcaniques

En 1815, le Mont Tambora en Indonésie a créé une caldeira de 6 km de diamètres et 1000m de profondeur. Cela a provoqué le bouillonnement de cendres mélangées à un gaz qui a jailli sur 45 km dans le ciel. En retombant, des flux pyroclastiques se sont abattus sur la terre et ont fait plus de 10.000 morts. Les cendres et les gaz partis dans l’atmosphère ont assombri les lumières du soleil tout en augmentant la réflectivité de la Terre ce qui a amené une absence d’été. Alors que l’éruption en tant que telle a fait plus de 10.000 morts, les conséquences de cette dernière ont engendré près de 80.000 personnes tuées par la famine et la maladie provoqués par les gaz présents dans l’atmosphère.

Eruption du Mont Tambora

Composition

Le magma est composé de gaz dissous (dioxyde de soufre, dioxyde de carbone, sulfure d’hydrogène, halogénures) qui forme le moteur des éruptions volcaniques. Au fur et à mesure que le magma remonte à la surface, la pression diminue et les gaz sont alors rejetés dans l'atmosphère.

Le dioxyde de carbone émis par les volcans, entre 180 et 440 millions de tonnes par an, est incolore et inodore ce qui est difficile à détecter pour l’homme. C’est pourquoi des détecteurs de gaz peuvent être amenés à être installés dans les régions abritant un volcan actif afin de prévenir et anticiper la protection des individus. Les chercheurs peuvent aussi porter des détecteurs de gaz portables lorsqu'ils sont en contact direct avec les émissions volcaniques. Même si ce gaz se dissout à de très petites concentrations, le CO2 une fois refroidit devient plus lourd que l’air et peut alors se déplacer dans des endroits de basses altitude où une concentration élevée pourra être décelée.

De fortes émissions de SO2 est non seulement nocif pour l’homme, mais aussi pour l’environnement car elles peuvent se transformer en pluies acides qui vont polluer terriblement l’air.

Le sulfure d’hydrogène est le gaz le plus reconnaissable par son odeur désagréable aidant ainsi toute personne au contact du H2S de se protéger rapidement les muqueuses.

Les halogénures d’hydrogène sont des acides toxiques extrêmement nocifs, constitués d’halogènes de fluor, chlore et brome. Ils se dissolvent rapidement dans l’eau ou l’atmosphère pouvant provoquer des précipitations acides.

Enjeux sur le climat et l'environnement

Volcan Bromo en Indonesie source volcanofoundation.org

Nous ne nous en rendons pas compte car les volcans sont éparpillés un peu partout dans le monde, mais ils jouent un rôle important dans le changement du climat. Lorsqu’ils sont en éruption, ils propulsent dans l’atmosphère non seulement des cendres et des métaux, mais également de grandes quantités de gaz et particules (ou aérosols) qui vont modifier le climat pendant toute la durée de l’éruption. Selon la puissance de l’éruption, cela peut se jouer au niveau local, régional ou mondial. Ces effets sont variables selon la force du volcan et sa position géographique. Ainsi les volcans situés dans une zone tropicale peuvent générer des émissions volcaniques qui vont se répandre partout dans le monde. C’est ainsi que l’éruption du Mont Pinatubo en 1991 a fait jaillir des quantités de particules et de gaz à plus de 20 km de hauteur qui ont tourné autour de la Terre pendant 3 semaines, entraînant un changement météorologique global.

« Les incidences des grandes éruptions volcaniques sur notre climat [...] sont dues à l'émission de particules, principalement des cendres fines et des sulfates, qui agissent très efficacement pour disperser le rayonnement solaire », explique Santiago Arellano. Ainsi les rayons du soleil traversent comme un filtre de poussière qui diminue la puissance de l’astre. Ainsi, plus les éruptions sont fortes, plus les émissions sont élevées et moins les rayons du soleil atteindront la surface de la terre. On a déjà pu observer une diminution de 0.5°C dû à l’éruption d’un volcan.

A contrario, les petites éruptions provoquent des émissions qui demeurent en basse altitude. Ainsi elles sont plus facilement balayées par les précipitations et ne subsistent alors pas dans l’atmosphère. Elles n’ont alors aucun impact sur le climat.

Certains chercheurs étudient la possibilité que le réchauffement climatique ait un impact inverse et qu’il peut être à l’origine de la multiplication des éruptions volcaniques. Nous pouvons prendre en exemple la fonte des glaciers sous lesquels se trouvent des volcans qui ne sont aujourd'hui pas actifs, mais qui pourraient l’être à la disparition de ces blocs. Cela pourrait être aussi le cas pour les volcans situés en altitude où leur calotte glaciaire est susceptible de disparaître et de faire apparaître ainsi des glissements de terrain volcaniques.

Scientifique mesurant la concentration des émissions volcaniques

Comme évoqué précédemment, l’émission du dioxyde de soufre peut se transformer en pluies acides qui peut s’avérer désastreuse pour l’environnement. En effet, la combinaison H2O (eau) + O2 (oxygène) + SO2 (dioxyde de soufre) = H2SO4 (acide sulfurique) résulte un acide dévastateur pour la terre et les cultures. Les agriculteurs sont ainsi partagés entre le fait de profiter d’un sol fertile que sont les terres volcaniques et le fait de voir leurs cultures détruites par une éruption de lave, de cendres et de gaz.

Dangers pour la population

Il est primordial de surveiller la présence des émissions volcaniques qui peuvent être la source d’une qualité de l’air dégradée et ainsi provoquer des méfaits sur la santé publique et sur les industries comme l’aviation (premier secteur touché par les émissions de gaz volcaniques dans l’atmosphère). C’est pourquoi il existe un programme de surveillance appelé Copernicus (CAMS) qui contrôle l’atmosphère en observant le déplacement et le comportement du dioxyde de soufre (SO2) présent dans les émissions volcaniques lors des éruptions. 

Surveillance de la Cumbre Vieja La Palma

Les CAMS ont ainsi pu déceler la mauvaise qualité de l’air en Afrique du Nord, Europe, au-dessus de l’Océan Atlantique et des Caraïbes à l’occasion de l’éruption du volcan Cumbre Vieja à La Palma en décembre 2021, qui a généré beaucoup d’aérosols sulfatés dans l’air. Le service CAMS utilise les observations établies par les satellites pour contrôler le flux de SO2 et associe ces données avec les informations au niveau mondial pour prévoir la composition de la qualité de l’air sur une période de 5 jours. Certaines personnes sensibles peuvent être atteintes même avec un air très faiblement composé de gaz toxiques.

Malgré des effluves de laves non explosives, des volcans à éruption fissurale vont dégager de nombreux gaz très nocifs à l’homme : dioxyde de soufre, dioxyde de carbone, sulfure d’hydrogène, et halogénures. Les gaz atteindront la population selon la position géographique du volcan et les conditions météorologiques.

Un taux de gaz CO2 à 3% est déjà un réel danger pour les habitants qui peuvent voir apparaître de sérieux problèmes de santé tels que des maux de têtes, des étourdissements, un rythme cardiaque accéléré et un essoufflement. Au-delà de 15% le CO2 peut provoquer l’inconscience et la mort.

Le dioxyde de soufre est un gaz très irritant pour la peau, les voies respiratoires, les yeux, le nez et la bouche. C’est pourquoi un chercheur peut s’équiper d’un détecteur portable monogaz dédié au SO2, comme le Pac 6500 de Dräger. C’est en effet un bon complément à la protection respiratoire pour détecter à minima le taux de concentration du gaz et ainsi anticiper tout contact.

emissions gaz volcaniques se déplacent dans l'air

Quelle que soit la concentration du gaz, l’hydrogène sulfuré est très toxique pour les voies respiratoires en provoquant une puissante irritation. Dans le cas où l’exposition au gaz est de longue durée, une insuffisance au niveau des poumons, une perte de connaissance ou un arrêt cardiaque sont susceptibles d’arriver.

Les halogénures d’hydrogène recouvrent les particules de cendres émises et à l’origine de la pollution de l’eau potable, des champs agricoles ou des pâturages en montagne.

Des risques différés peuvent apparaître avec la diffusion du gaz qui se déplacent. Ainsi le volcan des Canaries qui s’est réveillé en septembre 2021 a amené un nuage important de gaz toxiques qui a amené un village à se confiner pendant quelques heures trois mois après le début de son éruption.

Collaboration des métiers

Les climatologues et les volcanologues travaillent en étroite collaboration pour assurer la protection en détectant et s’échangeant les informations et les analyses qu’ils font.

« Les volcanologues veulent suivre le taux et l'ampleur des émissions de gaz, de lave ou de cendres, afin de déterminer l'état physique du volcan et prévoir son activité. Les météorologues s'intéressent au suivi des panaches volcaniques, pour mieux comprendre les schémas de circulation et l'interaction des volcans avec l'atmosphère », explique un chercheur. « Les climatologues souhaitent savoir où, à quelle hauteur et en quelle quantité certains types de gaz sont émis, afin de quantifier le forçage climatique. Les autorités aéronautiques ont pour but de localiser les panaches de cendres volcaniques, pour alerter les pilotes et éviter les accidents. »

Climatologues et volcanologues collaborent-source www.lmv.uca.fr

Les outils utilisés par les volcanologues ne sont pas des appareils conçus pour la surveillance des volcans mais ont d’autres objectifs établis à leur conception (par exemple les appareils qui permettent de surveiller la couche d’ozone) qui leur permettent d’établir des analyses et prévisions. Ils peuvent ainsi se servir par exemple de tubes colorimétriques pour analyser le taux de concentration d’un gaz au bord d’un cratère d’un volcan actif.

Partir à la découverte d’un volcan : bien choisir son équipement

Sur un volcan actif mais non en explosion, des fumerolles s’échappent. Composées de gaz toxiques, il est primordial de porter un masque lorsque nous sommes situés en haut de ce type de volcan. Les fumerolles sont composées de la vapeur d’eau (composant non nocif et majoritaire), du dioxyde de soufre et du sulfure d’hydrogène. Vous pouvez porter un détecteur de gaz (Ventis Pro) vous permettant d’être alerté rapidement et d’évacuer la zone rapidement.
Pour partir à la découverte d’un volcan, il faut une protection résistante à la chaleur, aux gaz et toutes sortes d’émanations visibles ou non. Des chaussures hautes de randonnée sont une base solide pour marcher sans être inquiétés par les obstacles et les chemins difficiles d’accès, jonchés de débris de toutes sortes. Coupe-vent, polaire, casquette ou chapeau, et foulard sont les compléments indispensables à une protection de base.

Yves Moussalam volcanologue au service du climat © Stefan Walter

Si vous allez à la rencontre d’un volcan explosif, il est nécessaire de se munir d’un masque anti-poussière car les particules de cendres, infimes soient-elles, sont très dangereuses. Ainsi le masque GVS Elipse 3 sera un parfait allié à votre équipement. Complétez votre tenue par avec un casque à coque dure pour vous protéger d’éventuelles scories qui pourraient voler et vous atteindre.

Pour optimiser votre sécurité, nous vous conseillons de porter des lunettes larges et bien fermées pour profiter pleinement du spectacle tout en protégeant vos yeux des particules présentes dans l’atmosphère. C’est pourquoi vous pouvez opter pour le masque GVS Elipse Integra.

Pour se protéger lors d’une excursion près d’un volcan rejetant énormément de gaz sulfuré, il est indispensable de porter un masque à gaz complet avec un filtre ABEK-P qui filtre notamment les gaz acides. Pour les asthmatiques, prenez ce type de filtre quel que soit le volcan que vous découvrez.

La plupart des gaz émanant des volcans sont irritants, il faut donc prévoir des vêtements couvrant tout le corps. Un foulard humidifié vous permettra de protéger vos voies respiratoires en cas d’émissions de gaz impromptues si vous n’êtes pas équipés de masques.

Lors de vos escalades sur les pentes, il vous faudra sans doute vous munir de vos mains. C’est pourquoi vous munir de gants de jardins résistants aux produits corrosifs existant est important.

On a vu le rapport qu’il peut y avoir entre le changement climatique et les éruptions volcaniques réciproquement. Les observateurs de l’Unesco prévoient que d’ici 30 ans, la Méditerranée connaisse un tsunami par une activité volcanique présente dans les fonds marins. “De l’exploration sous-marine à la prévention des populations, l’organisation multiplie les mesures pour faire face au danger”.