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CAVITÉS VOLCANIQUES par Angela Giuffrida Privitera avec laide dAndrea Cerquetti Bocca Bassa, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Spéléologie et karst:

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1 CAVITÉS VOLCANIQUES par Angela Giuffrida Privitera avec laide dAndrea Cerquetti Bocca Bassa, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Spéléologie et karst: ressources Powerpoint 2009

2 Volcanospéléologie- Società Speleologica Italiana 2009 INTRODUCTION Bien que ce soit difficile à croire, les cavités volcaniques sont de loin les cavités naturelles les plus communes et les plus grandes dans l'Univers. En fait, à la différence des cavités karstiques, elles se développent pratiquement dans toutes les planètes et les satellites de la plupart des galaxies, où les volcans étaient ou sont toujours actifs. Ainsi, des cavités volcaniques sont répandues sur lensemble de la surface de la Terre. Effondrements le long d'une galerie de lave en bordure d'Oceanus Procellarum sur la Lune

3 Volcan : Un système naturel par lequel des matières principalement fluides venant des profondeurs et généralement définies comme du magma, jaillissant de la surface de la terre. Le même mot indique aussi le relief développé autour du point d'émission de ces matières. QUEST-CE QUUN VOLCAN ? Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

4 RÉPARTITION MONDIALE DES VOLCANS Ils sont localisés le long dorientations correspondant à la structure interne de la Terre. La répartition mondiale des volcans est hétérogène Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

5 QUELLE EST LA STRUCTURE DE LA TERRE ? Elle est constituée de couches concentriques: La lithosphère a une plus faible densité et élasticité que lasténosphère. Ainsi, la lithosphère flotte sur lasténosphère telles des îles, appelées plaques. Noyau interne Discontinuité de Gutemberg Manteau inferieur Discontinuité de Mohorovicic Croûte terrestre Noyau externe Zone de transition Manteau supérieur Lithosphère Asthénosphère Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

6 LES PLAQUES Les principales plaques composant la lithosphère. Les frontières entre les différentes plaques correspondent à approximativement aux limites océaniques des continents. Les plaques se déplacent imbriquées les unes dans les autres. Le moteur permettant leurs mouvements est la poussée au niveau des rides (slab pull), la pression sur les zones de contact entre les plaques, et les mouvements convectifs actifs dans le manteau entre 150 et 800 km de profondeur. Antarctic Plate Pacific Plate Indo-australian Plate Nazca Plate Cocos Plate North American Plate African Plate Indo-European Plate Sout American Plate Placca CaCaraibic Plateraibica Arabuc Plate Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

7 MAGMA La matière en fusion est constituée principalement de silicate, dans lequel des ions libres, des groupes de SiO 4 et des gaz sont dissouts; la matière fondue peut être équilibrée avec une certaine quantité de cristaux. Les éléments présents dans un magma composé de silicate sont: Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, H 2 O, P. Proportion de SiO 2 Type de magma Température démission SiO 2 > 65 %Magma acideEnviron 800 °C SiO 2 : 65 – 52% Magma neutre Entre 800 et 1200 °C SiO 2 < 52% Magma basique Environ 1200 °C La proportion de SiO 2, la température, et la présence de phases de cristalisation, affectent la viscosité du magma, et donc son aptitude à sécouler sur une surface. Un magma basique est fluide, un magma acide est visqueux. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

8 ROCHES FORMÉES PAR LE MAGMA Le refroidissement du magma entraine la formation de roches appelées ignées ou magmatiques. Roches ignées ou magmatiques Effusive Roches produites par refroidissement du magma sur la surface de la Terre. Intrusive Roches produites par refroidissement du magma à lintérieur de la croûte terrestre. Subvolcanique Roches produites par refroidissement du magma à lintérieur de la croûte terrestre et à faible profondeur (<3 km). En sappuyant sur le SiO 2 présent dans le magma, les roches effusives portent différents noms : Proportion de SiO 2 Type de MagmaRoche effusive SiO 2 > 65 %Magma aciderhyolite SiO 2 : 65 – 52 %Magma neutreandésite SiO 2 < 52 %Magma basiquebasalte Les basaltes sont les roches effusives abritant les cavités volcaniques. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

9 PRODUITS VOLCANIQUES Un magma visqueux retient mieux les gaz quil contient. Les types déruption dépendent : - de la composition du magma; - de la quantité de gaz dissout dans le magma. Quand le magma se répand à la surface, les gaz présents dissouts séchappent rapidement dans latmosphère, provoquant des éruptions. Les éruptions peuvent être effusives, caractérisées par la prévalence découlement de lave, ou explosives, caractérisées par la prévalence démission de produits pyroclastiques Eruption, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) 1998 Eruption, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

10 ÉCOULEMENTS DE LAVE PAHOEHOE Le magma très fluide et à peine visqueux produit des coulées de lave nommées pahoehoe, qui sont caractérisées par une surface lisse ou légèrement ondulée. La croûte externe a une vitesse découlement plus lente que la masse encore fluide interne, qui peut causer une ondulation: ce qui entraîne des "niveaux de lave cordée". La convexité des coulées de lave cordée correspond à la direction des flux. Le mouvement vers lavant est induit par la rupture de la croûte superficielle sur le devant de la coulée de lave. De la croûte brisée, du magma liquide séchappe et sécoule comme une route. Si une variation soudaine de la vitesse du flux se produit et que l'épaisseur de la croûte est très élevée, les croûtes se brisent delles-mêmes formant de grands blocs irréguliers parfois fortement inclinés, qui sont transportés par la coulée de lave coulée, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

11 ÉCOULEMENTS DE LAVE AA Le magma possédant une vioscosité plus élevée produit des flux de lave aa. Chaque pas en avant de la coulée de lave correspond à un glissement des rochers, qui sont poussés par le flux de lave. Dans ces écoulements, le refroidissement de la partie superficielle provoque le développement de rochers incohérents qui induisent un découpage de la croûte externe, riche en cendre. Elle est transportée par la lave liquide sous-jacente éruption, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

12 Les coulées de lave de type pahoehoe et aa sont les deux extrêmes d'une large série continue de formes de lave. Souvent dans une seule coulée, il est possible d'observer chacun de ces deux extrêmes aussi bien que plusieurs des types intermédiaires. Dans les deux cas, des conduits peuvent se développer dans la coulée, dont l'évolution peut donner naissance à des tunnels de lave. COULÉES DE LAVE Champs de lave type aa, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Champs de lave type pahoehoe, Etna, Sicile, Italie(photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

13 Les cônes secondaires sur les flancs des volcans sont liés aux éruptions latérales. Les éruptions latérales se produisent quand le magma trouve une zone de faiblesse (fracture) avant datteindre la pression nécessaire pour jaillir de la cheminée principale. LES VOLCANS Dans un structure volcanique il est possible didentifier : 1. la chambre magmatique; 2. la cheminée volcanique; 3. le cratère; 4. le cône principal; 5. Les cônes secondaires (D. Berardi) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

14 TYPES DE VOLCANS Volcans hawaiiens : - Développement de lave très fluide; - Diamètre plus grand que sa hauteur; - Typique dHawaii; - Plus grand que les volcans continentaux, comme lEtna. Stromboliens ou volcan composite : -Développement par couches successives de lave et de matériaux pyroclastiques; - Forme complexe et flancs raides; - Exemples : le Vésuve et lEtna. - De vaste surface avec des coulées volcaniques relativement minces; - Le flux de magma basaltique sécoule le long de fractures; - Typique de lest de lAfrique, de lInde, et de Sardaigne; - Se forme actuellement en Islande Plateaux basaltiques (trapps): Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

15 À linverse des cavités karstiques, les cavités volcaniques ont le même âge que la roche encaisante, étant formées lors des éruptions et du développement des coulées de lave. Elles sont définies ainsi: cavités syngénétiques. Le laps de temps de temps nécessaire à leur développement peut aller d'une semaine à quelques mois. Les cavités volcaniques peuvent être subdivisées en plusieurs classes dont les plus importantes sont : - Cavités rhéogénétiques superficielles (ou tubes de lave); - Cavités bulle (Blister caves) ; - Cavités dues à la fracturation; - Cheminées de lave; - Chambres magmatiques. CLASSIFICATION Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

16 GENÈSE DES TUBES DE LAVE Dès léruption, la coulée de lave commence à dégager de la chaleur et ainsi se refroidit… … le refroidissement est plus élevé dans les parties superficielles de la coulée de lave… … permettant à une croûte de se développer devenant de plus en plus épaisse, tandis que dans la cheminée le magma coule toujours. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

17 Grâce à limportante inertie thermique des roches volcaniques, la température de la coulée de lave interne est maintenue… CRATÈRES ÉPHÉMÈRES …ainsi, la coulée de lave se développe souvent sur de grandes distances dépassant grandement sa taille théorique, donnant parfois naissance à des cratères éphémères. Cratère éphémère Éruption, Etna, Sicilie, Italie (by G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

18 Les mécanismes génétiques de la croûte externe sont différents, étant inféodés au type de lave impliquée : -Les anciennes théories supposaient que le développement de cavités volcaniques dans les coulées de lave aa était un phénomène rare. Récemment, des mécanismes différents ont été découverts, pouvant agir seul ou l'un après l'autre pendant l'éruption. DÉVELOPPEMENT DE LA CROÛTE -Dans le cas des laves très fluides type pahoehoe, une fine couche superficielle se développe, devenant progressivement de plus en plus épaisse, et créant ainsi les parois du tube de lave; Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

19 Dans des conduits étroits (plus de 5 m de large), des parois latérales solides se développent au sein des coulées de lave; elles grandissent jusqu'à entrer en contact formant ainsi le plafond. Leur croissance se produit en raison de l'accumulation progressive de couches de lave dans les parties internes et au sommet des parois, en raison de la petite oscillation du niveau de lave à l'intérieur du conduit. 1 e MÉCANISMES (COULÉES DE LAVE AA) Les premiers points de contact entre les parois se propagent progressivement autour du conduit jusqu'à ce qu'il soit complètement scellé. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

20 Si la taille du conduit est supérieure à 5 m, le contact entre les deux parois est difficile à réaliser. Dans ce cas, le plafond est formé par l'accumulation progressive de blocs et de cendres déjà refroidis. Ils sont ensuite assemblés lors de la solidification partielle de la matière en fusion s'écoulant en dessous. Ce processus va permettre la formation du toit de la galerie. 2 e MÉCANISMES (COULÉES DE LAVE AA) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

21 Elle est active dans la zone frontale de lave aa s'écoulant sur des pentes douces. Conditions nécessaires: - Approvisionnement constant de magma; - La distance maximale possible pour permettre la formation de croûte de lave solide est atteinte. Processus: la lave fluide pousse progressivement par déformation plastique la croûte solide; lorsque la force est supérieure à la plasticité de la croûte, un cratère éphémère se forme et la lave en fusion va s'écouler. Si la croûte ne disparait pas, le tube de lave va se maintenir; de grandes salles vont alterner avec des passages étroits (Oven mouth). Oven mouth Longitudinal section plan 3 e MÉCANISMES (COULÉES DE LAVE AA ) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

22 Une coulée de lave peut éroder le substrat sur lequel elle s'écoule; ce phénomène est fréquent et spécialement à Hawaii. L'évolution est contrôlée par l'érosion mécanique produite par la coulée de lave sur le sol préexistant, principalement quand il est composé de matières incohérentes et tendres. ÉROSION DU SOL Dans les tubes de lave de l'Etna (Sicile), l'érosion du sol est fréquente, surtout là où les pentes sont abruptes (Tre livelli, Licitra, Bocca Bassa et Fornace di Elvira). Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

23 L'existence de conduits de lave avec des flux de lave ne conduit pas nécessairement à la formation de tubes de lave. En réalité, si à la fin de l'éruption aucun drainage de la lave du conduit ne se produit, aucune cavité ne se créera. Pour que la lave puisse s'écouler, il faut qu'elle soit encore assez fluide. Des conditions favorables doivent se mettre en place pour permettre ce drainage, même en cas d'absence d'effet de piston par l'arrière. Celà se produit si le sol est assez pentu pour permettre à la gravité de drainer la lave vers le front de la coulée. GENÈSE DES TUBES DE LAVE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

24 Puits de lumière (Skylights ) MORPHOLOGIES Grotta dei Lamponi, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)Skylight, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Dans les parties où le conduit est en contact avec les parois il se forme des ouvertures appelées skylights. En observant ces ouvertures durant l'éruption, il est possible de voir la lave s'écouler dans le tube de lave. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

25 Elles se développent habituellement sur les plafonds et parois des tubes de lave. Elles sont le résultat de coulées de lave fondue à l'intérieur d'un tube déjà formé. Le structure horizontale est la conséquence d'un abaissement graduel du niveau de la lave, tandis que des drainages plus rapides induisent un caractère vertical à la structure en bandes. Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Structures en bandes MORPHOLOGIES Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

26 De larges et/ou petites banquettes correspondent à un niveau constant à long terme de la lave dans les conduits. Grotta dei Lamponi, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)Grotta del Fumo, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Banquettes MORPHOLOGIES Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

27 Les rouleaux se développent suite à un décrochement de la croûte plastique de lave, qui reste en contact avec les parois durant un abaissement rapide du niveau de lave en fusion. Grotta Scottex, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Rouleaux MORPHOLOGIES Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

28 Les formations de lave (stalactites, stalagmites, etc.), sont souvent similaires aux spéléothèmes des cavités karstiques, mais ne peuvent être considérées comme de véritables concrétions. Leur évolution est possible seulement si le tube de lave n'est pas complètement rempli de lave en fusion. Kazumura Cave, Hawaii (photo. B. Halliday) Stalactites de lave et stalagmites MORPHOLOGIES Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

29 -Lorsqu'une augmentation soudaine de la température et/ou de la pression se produit (en réaction à une augmentation du niveau de la lave, ou par des processus d'oxydation au sein de l'atmosphère de la cavité). -Une augmentation temporaire de la coulée de lave peut laisser de nombreuses gouttes pendre au plafond du conduit : dans ce cas, ce sont des stalactites rugueuses et ternes qui se forment. Il existe deux mécanismes de genèse : Une partie de la voûte va se remodeler,et des gouttes vont donner naissaince à des stalactites polies et brillantes (stalactites de refonte); STALACTITES DE LAVE Grotta Petralia, Etna, Sicily, Italy (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

30 Leur formation est due à un empillement de gouttes de lave sur un sol rocheux. Les stalagmites de lave son fréquentes dans les cavités des Açores, dIslande, et d'Hawaii STALAGMITES DE LAVE Ana Heya, Rapa Nui (îles de Pâques), Chili (photo. P. Forti) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

31 Leur genèse se déroule ainsi : a) Capture de la coulée de lave par un tube préexistant durant léruption (processus fréquent dans le cas des coulée de type aa), MORPHOLOGIES suivi de leffondrement de la paroi divisant les deux tubes après la fin de léruption. Superposition de conduits Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

32 b) Si lors de léruption la coulée de lave a de longues phases statiques, des banquettes se développent et leur évolution peut produire une superposition de galeries au sein dun même tube de lave. Il peuvent également être interconnectés par des skylights; ce phénomène est accentué par lencaissement du niveau du sol induit par lérosion du substrat (principalement dans le cas des coulées de type pahoehoe). MORPHOLOGIES Superposition de conduits Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

33 Superposition de conduits induite par capture verticale MORPHOLOGIES Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

34 Quand la confluence entre deux ou plusieurs tubes de lave se produit au même niveau, on parle danastomose. Elle peut être induite par une capture latérale de la coulée par un tube de lave préexistant, MORPHOLOGIES …ou se produire durant la même éruption lors de la rencontre entre deux conduits. Lanastomose se produit principalement dans le cas des coulées de type pahoehoe. Anastomose Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

35 MORPHOLOGIES Anastomose Grotta dei Lamponi, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

36 À linterieur dun tube de lave, le profil des sections est lié à la taille des galeries, mais elle est également influencée par le type de substrat et par le degré de pente que la coulée a du dévaler. Grotta Cutrona, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) PROFIL DE TUBES DE LAVE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

37 Profil en arche normande Ce type de morphologie se développe si le conduit de lave dépasse 5 à 6 m de large. Les dimensions de ces galeries sont toujours constantes. Grotta Cassone, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) PROFIL DES TUBES DE LAVE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

38 Profil en ventre de baleine Quand les conduits de lave sont très larges, la partie centrale de la voûte plie souvent partiellement, ce qui créé cette section particulière. Grotta Petralia, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) PROFIL DES TUBES DE LAVE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

39 Profil en pagode Les conduits étroits de lave prennent ce type de morphologie quand le substrat composé de matériaux tendres est facilement érodé par la coulée de lave, ce qui va provoquer un élargissement à sa base. Les même formes peuvent résulter également de cheminées (hornitos) ou de lucarnes permettant le dégazage de la lave. Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) PROFIL DES TUBES DE LAVE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

40 Les galeries d'une telle taille se développent quand le conduit de lave est créé par une coulée de lave très importante. Grotta Cutrona, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Profil particulièrement large PROFIL DES TUBES DE LAVE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

41 Profil partiellement colmaté Le tube de lave peut être partiellement ou totalement colmaté par une coulée de lave postérieure, conséquence de la réactivation de léruption qui est à lorigine du tube de lave. Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) PROFIL DES TUBES DE LAVE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

42 CAVITÉS BULLES (Blister) Les cavités bulle (Blister) ou cavités pneumatogénétiques, se développent lors déruptions très calmes. Les gaz dissouts dans la lave (principalement CO 2 et vapeur) entrainent un développement de bulles de gaz au sein de la coulée de lave; quand la lave refroidit, les bulles deviennent des cavernes. Plus la lave est visqueuse, plus la taille des bulles peut être importante. Les véritables cavités bulle sont vraiment rares, car en règle générale elles sont trop petites pour permettre à un homme dy pénétrer. Le très faible nombre de cavités bulle actuellement découvertes est aussi du au fait quelles soient méconnues. Il est possible de confondre certaines d'entre elles avec un tronçon de tube de lave. Normalement les cavités bulle sont éphémères, surtout si leur taille est importante. Sur Mt Fantalo (Éthiopie) environ 130 cavités bulle ont été découvertes intactes, leur diamètre étant denviron 30 m, tandis que celles de plus grande taille (diamètre 100 m) ont été partiellement détruites. En Italie, elles nont été mis en évidence quen Sardaigne. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

43 Elles se développent le long de fractures permettant lélévation et le basculement de la lave. CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION Souvent ces cavités seffondrent, ce qui change leur morphologie interne et parfois les condamnent entièrement. Les cavités dues à la fracturation ont des structures extrêmement instables, principalement près de leurs entrées, constituées généralement de cônes de scories, nommés hornitos. Hornitos 1947 éruption, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

44 Habituellement, le dégazage se produit au-dessus de la fracture, entraînant le développement d'une série de petits cônes alignés, nommés hornitos. Ils sont constitués de produits pyroclastiques et de scories cimentées. La coulée de lave arrive sous de la fracture. CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION Hornitos Effusive mouth Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

45 À la fin dune éruption, le niveau de magma sabaisse dans les fractures. Les fractures demeurent ouvertes et leurs parois sont souvent couvertes dune mince couche de lave abandonnée par le magma lors de son retrait. CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION Même dans ce cas, pour obtenir une cavité, le drainage de la matière en fusion doit être rapide. cavità in frattura grotta di scorrimento Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

46 CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION Abisso del Ghiaccio, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

47 Parfois la mince couche de lave est toujours souple, se détache des parois, et senroule à la base de la fracture, créant ainsi des rouleaux géants. CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION Abisso del Ghiaccio, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

48 Quand un tube de lave se développe près d'une fracture, parfois le point de contact entre la cavité due à la fracturation et le tube de lave est toujours bien visible. CAVITÉS DUES À LA FRACTURATION Grotta dei tre Livelli, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice)Grotta del Fumo, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

49 La plupart des conduits magmatiques se développent sur quelques mètres à dix mètres puis sont scellés par un bouchon de lave. Sur le terrain, il est rare de retrouver des puits vides. Thrinukagigur en Islande est le plus profond et un des plus grands, avec une profondeur maximale de 205 m. CONDUITS MAGMATIQUES Islanda Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

50 Ce sont sans aucun doute les plus grands vides souterrains du milieu volcanique. En réalité, ils sont très rares puisquil est nécessaire que les chambres volcaniques aient été vidées sans s'effondrer, et quun passage pénétrable pour lhomme se soit maintenu. Un des meilleurs exemples de "chambre magmatique" est lAlgar do Carbalo (Açores, Portugal), qui abrite les plus grandes formations d'opale du monde. 5 m CHAMBRES MAGMATIQUES Algar do Carbalo, Açores, Portugal (photo. P. Forti) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

51 Malgré le manque de dépôts chimiques secondaires, les cavités volcaniques sont sans doute un des milieux minérogénétiques des plus intéressants du monde. MÉCANISMES MINÉROGÉNÉTIQUES DANS LES CAVITÉS DE LAVE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

52 Dès les cavité volcaniques sont partiellement vidées de lave, différents mécanismes minérogénétiques commencent à se produire, en suivant une séquence régulée par la baisse de température. ProcessusMécanismesT( °C )Produits 1 ABAB Haute TSublimation> 100Sulfures, oxydes, hydroxydes Faible TDépôts daérosols et vapeurs Sulfates, halides 2SolutionÉvaporation Sulfates, halides 3Altération Oxydation, hydratation, déshydratation, etc Si-, Al-, Fe hydroxydes, sulfates 4KarstDiffusion40 - 0Carbonates 5 Activité Biogénique A- Digestion, double échange, etc. B- Combustion du guano Phosphates, nitrates, halides, sulfates Combustion minérales 6 Changement de phase Gel< 0Glace SÉQUENCE MINÉROGÉNÉTIQUE Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

53 Un intervalle temporel de quelques mois à quelques années suivant l'éruption est nécessaire pour permettre le développement de spéléothèmes de couleurs variées dans les tubes de lave. Ils sont principalement constitués de sels de Na : SPÉLÉOTHÈMES ÉPHÉMÈRES La genèse de ces concrétions semble être la suivante. Thénardite (Na 2 SO 4 ) Mirabilite (Na 2 SO 4 +10H 2 O) Grotta Cutrona, Etna, Sicile, Italie (photo. G. Giudice) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

54 Après un certain temps, la surface refroidie permet linfiltration de leau jusquà une certaine profondeur (environ 100 °C isotherme), pouvant ainsi dissoudre les sels les plus solubles. L'hypothèse de départ est quimmédiatement après l'éruption, la coulée de lave est riche en sels. Mais, en raison de la température très élevée de la roche, l'eau de pluie s'évapore immédiatement, et ne peut s'infiltrer. Lave récente riche en minéraux pluie fractures Still hot cave T=100°C Lave récente riche en minéraux pluie fractures Still hot cave T>100°C SPÉLÉOTHÈMES ÉPHÉMÈRES Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

55 Si l'eau suintantes atteint des zones de la coulée de lave où la température est relativement basse (< 20°C), les dépôts dans la cavité seront faibles. Si les apports d'eau minéralisée vers l'intérieur dune cavité avec une humidité et une température spécifiques (habituellement Rh 30 °C) les sels se déposent pour former des spéléothèmes. Lave récente riche en minéraux fractures Hot cave 30

56 Dans tout les cas, quand la température et lhumidité des galeries atteignent certaines valeurs ( 70 de Rh) l'eau ruisselant dissout les spéléothèmes préexistant qui seront rapidement complètement détruits. Au cours des dernières années, ce phénomène a été étudié dans quelques cavernes du Mt Etna : grottes Cutrona, Salto della Giumenta, Licitra, Bocca Bassa, et Fornace di Elvira. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009 SPÉLÉOTHÈMES ÉPHÉMÈRES

57 Les grottes volcaniques sont située sur le Mt. Etna. C'est le plus grand volcan en activité dEurope, avec une altitude d'environ 3350 m et une surface d'environ 1260 km2. C'est un volcan composite et sa forme réelle provient de la superposition de produits éjectés des différentes structures volcaniques depuis ans. LEtna est localisé dans une zone de collision de plaques, l'étude des matières éruptives montre quelles viennent d'un magna remontant du manteau supérieur, le long d'une zone de faiblesse produite près de l'Etna, au croisement de plusieurs systèmes de fracture régionaux. Dans le secteur de lEtna, les tubes de lave et les cavités issues de la fracturation sont présentes. Les principales cavités volcaniques sont : SICILE CavitéProf.Dév. Tre Livelli-KTM sistem (tube de lave)400 m1793 m Bocca Bassa (tube de lave)197 m432 m Licitra (tube de lave)115 m350 m Profondo nero (fracture partiellement colmatée)174 m>1170 m Abisso del Ghiaccio (fracture partiellement colmatée)75 m922 m Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

58 SARDAIGNE Les roches volcaniques paléocène et pléistocène sont présentes en Sardaigne; on retrouve de la lave et des produits pyroclastiques avec une composition basique et/ou acide. Des cavités primitives se développent principalement dans les roches volcaniques basiques (basalte), leur âge varie entre lOligocène et le Pléistocène, avec des tubes de lave et des cavités pneumatogénétiques. Leur dimension varie entre 120 m pour les premiers (grotte Cappa 1), et quelques mètres pour les seconds. D'autres cavités volcaniques ont une origine secondaire (tectonique, marine, éolienne), et sont développées tant dans la lave basique (basalte) quacide (principalement ignimbrites). Quelques-unes de ces cavités secondaires excèdent 100 m de développement (grotte del Pellicano, grotte Sa Ucca ' e Su Vulcano), atteignant même 200 m (grotte Caombus). Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

59 En Sardaigne, la localisation relative des roches volcaniques et calcaires permet lexistence de deux phénomènes différents : -concrétionnement de calcite dans des cavités de lave, en conséquence de bancs calcaires sédimentés au-dessus de roches volcaniques; -des cavités calcaire dont l'entrée se situe dans des roches volcaniques, en raison de l'érosion inverse facilitant les effondrements dans les roches volcaniques. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009 SARDAIGNE

60 CAMPANIE En Campanie, les cavités volcaniques sont sur le Vésuve et sur le secteur du littoral de lîle des champs Phlégréens. Les tubes de lave du Vésuve présentent des "interstrates" et des cavités issues de la fracturation. Ils sont localisés dans le flanc SO, et se développent dans les coulées de lave de 1858 en raison de la fluidité particulièrement haute de ce magma. Le tube de lave le plus long (Cp 851) a une longueur totale de 42 m; Les cavernes en interstrates se développent à l'intérieur de couches de scories relativement épaisses avec des alternances de lave minces. L'érosion sélective des eaux de ruissellement cause le développement de cavités en ogive : grotticella je del Vesuvio (Cp 228), grotticella III del Vesuvio (Cp 230), grotticella IV del Vesuvio (Cp 231). Ces cavités sont présentes dans le flanc du sud du Vésuve, où l'éruption de 1804 a construit des coulées de lave aa épaisses sur des couches de lave plus visqueuse. (dprès Del Prete S., Bellucci F., 2005, Le cavità vulcaniche: il Somma-Vesuvio e lisola dIschia. In: Russo N., Del Prete S., Giulivo I., Santo A. editors: Grotte e speleologia della Campania, Sellino ed. Avellino, pp ). Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

61 Le dernier type de cavité volcanique qui peut être observé sur le Vésuve est dû à la présence danciennes fractures recoupant des bancs de lave épaisse au sommet du Mt Somma. CAMPANIE Le vent et lérosion marine favorisent le développement de vides souterrains pouvant atteindre quelques dizaines de mètres de long, comme par exemple la grotta del Mago (Cp 388), située sur la côte SE dIschia. La grotte Spacco della Lava (Cp 69) a un développement de 80 m long pour 10 m de profondeur, sur une fracture pratiquement totalement trépané. Les cavités le long du littoral de lîle Flegrea sont composées de fractures intéressantes, principalement dans des coulées de lave ou plus rarement dans des blocs de scorie et de tuf calcaire. Grotta Spacco della Lava, Vésuve, Campanie, Italie (photo. E. Fondacaro) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

62 LATIUM Dans le nord du Latium (province de Viterbo), la zone volcanique de Vicano, dont l'activité a commencé il y a environ ans, est caractérisée par de longues périodes d'inactivité. Son site principal est le volcan Vico. Un volcan composite avec un effondrement central, où un lac sest formé, avec une structure secondaire (Mt Venere) développée durant les dernières éruptions produites dans ce secteur. Le cône pyroclastique du Mt Venere est un relief denviron 830 m de haut, situé dans le secteur NE de la caldeira. Il est constitué de coulées de lave dans lesquelles se développent la grotta di Pozzo del Diavolo, qui est la seule cavité volcanique du Latium. Monte Venere, Viterbo, Latium, Italie (photo. A. Cerquetti) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

63 GROTTE POZZO DEL DIAVOLO Lentrée de la grotte de Pozzo del Diavolo souvre près du sommet du Mt Venere. De récentes recherches indiquent que cette grotte sest formée lorsque le conduit de lave du Monte Venere sest rétracté pendant la solidification et le refroidissement du magma. Plusieurs poteries et autres artefacts trouvés dans cette cavité attestent dune occupation néolithique comme sanctuaire. Grotta di Pozzo del Diavolo, Viterbo, Lazio, Italie (photo. A. Cerquetti) Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

64 POUR EN SAVOIR PLUS CSE (1999), Dentro il vulcano. Le Grotte dellEtna; DECKER R. E B. (1988), I vulcani, Zanichelli; FORTI P. (2000), Minerogenetic mechanisms and cave minerals in the volcanic caves of Mt. Etna (Sicily, Italy), Mitteilungen Verb. Deut. Höhlen u. Karstforsh. 46(1/2) pp ; HALLIDAY B. (2004), Volcanic caves, in: GUNN J. (Ed) Encyclopedia of Caves and Karst Science. Taylor & Francis, pp ; OLLIER C. (1990), Vulcani, Zanichelli. Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009

65 Ce document a été réalisé par Angela Giuffrida Privitera, en collaboration avec Andrea Cerquetti, Giuseppe Conti, Jo De Waele, Paolo Forti, Gaetano Giudice, et Paolo Madonia. Traduction en français: Marjolaine Vaucher Les photographies sont dAndrea Cerquetti, Enrico Fondacaro, Paolo Forti, et Gaetano Giudice. Les illustrations ont été réalisées par Daniele Berardi, Giuseppe Conti, Angela Giuffrida Privitera, et Paolo Madonia. Nous remercions les institutions suivantes et les organisations pour leur aide: Centro Speleologico Etneo, Federazione Speleologica Regionale Campana, Nationa Institute of Geophysics and Volcanology – Section of Palermo. CRÉDITS Volcanospéléologie - Società Speleologica Italiana 2009 © Società Speleologica Italiana Toutes les parties de cette présentation peuvent être reproduites sous la propre responsabilité du copiste sous réserve de ne pas en dénaturer les contenus et de citer la source.


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