Pierre-Yves Burgi, Marc Caillet, et Steven Haefeli / Photos: Olivier Grunewald
> Erta Ale, une longue histoire!
> Contexte geologique de l'erta ale (Afar)
> Observations faites par Luigi CANTAMESSA, 14.11.2000
L'Erta'Ale est un volcan bouclier situé dans le triangle Afar en Ethiopie. Son nom Afar, qui signifie " la montagne qui fume " témoigne de son activité quasi permanente. L'Erta'Ale est un énorme édifice volcanique s'étirant sur 30 km selon un axe parallèle au grand rift, et culmine à environ 700 m au-dessus de la dépression Danakil. A cause des conditions climatiques extrêmes du désert du Danakil, l'Erta'Ale n'a été visité que par peu de voyageurs et volcanologues. Les Afars eux-mêmes ne s'approchent pas de son sommet, croyant que des esprits de gardiens de troupeaux l'encerclent avec des chevaux volant.
Les premières observations scientifiques datent de la fin des années 60s, début 70s, et sont dues à l'équipe franco-italienne d'Haroun Tazieff et Giorgio Marinelli. En 1968, il y avait deux lacs de lave, un de 100 m de diamètre logé à 160 m de profondeur d'un cratère situé au nord de la caldera, et un second, plus petit (65 m) et moins actif, logé à la même profondeur que son voisin, mais au fond d'un puits situé dans la partie central du lobe nord de la caldera. Depuis ces premières observations, le niveau des deux lacs n'a cessé de fluctuer. En 1971 le niveau se situait entre 10 et 20 m en dessous du plancher de la caldera. Une année plus tard, les deux lacs ont atteint le bord et ont même débordé. Le diamètre du lac central était alors de 80 m. Cette situation a été reportée jusqu'en 1974, et à ce moment les deux lacs avaient la même dimension. Exception faite d'une visite en 1976, l'activité du sommet de l'Erta'Ale n'a plus été reportée jusqu'en novembre 1992. A cette date, le lac nord avait disparu, enfoui sous une masse de débris provenant de l'effondrement des bords du cratère. Quant au puits central, son lac de lave était redescendu à 100 m de profondeur, et sa dimension réduite à 40 x 70 m. Une autre visite du site en décembre 1995 n'a révélé aucun nouveau changement. La visite en février 2001 de la SVG n'a pas révélé de grands changements. Le lac est toujours actif avec des fontaines de lave de 5 à 10 m de haut. Le lac est situé à 80 m de profondeur et ses dimensions ont substantiellement augmenté puisqu'elles atteignent maintenant 80 x 100 m (forme elliptique).
Les seules mesures thermiques récoltées à l'Erta'Ale sont celles qui ont été effectuées dans les années 70 par l'équipe de Tazieff. Les relevés les plus récents de température sont ceux effectués par mesures infrarouges depuis des satellites (travail principalement effectué par Oppenheimer, Francis et Rothery). La validité de ces mesures reste discutable pour plusieurs raisons, et particulièrement à cause de la faible résolution spatiale des mesures télé-thermiques, puisqu'un point de l'image correspond à un cercle d'environ 40 m de diamètre. En conséquence, des mesures sur le terrain effectuées à une distance de quelques mètres du lac en utilisant un pyromètre et un thermocouple sont irremplaçables.
Les mesures thermiques récoltées par notre expédition et effectuées entre les 13 et 15 février 2001 sont résumées dans ce document. Plus de détails sont disponibles dans l'article " Field Temperature Measurements at Erta'Ale Lava Lake " (auteurs P.-Y. Burgi, M. Caillet, S. Haefeli) soumis pour publication dans une revue de volcanologie.
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(photo O. Grunewald)
Mesure au pyromètre optique depuis le bord du pit-crater, effectuée de nuit pour atténuer les effets parasites du rayonnement solaire,il faut cependant ajouter environ 25 °C aux valeurs obtenues pour compenser la distance. Données enregistrées sur PC (mesures en continues)
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Descente dans le puits...
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Mesures depuis le bord du lac discontinues (en haut) et continues (en bas).
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La plaque en acier déposée avec la «canne à pêche»
Notre équipe disposait d'un pyromètre pour la mesure des températures. Un pyromètre permet de mesurer à distance le rayonnement infrarouge émit par la lave. Bien qu'il y ait une relation directe (formule de Max Planck) entre la quantité de ce rayonnement et la température d'un corps " noir ", qui représente un cas idéal, il y a un facteur de proportionnalité à déterminer pour interpréter les températures des objets. Par exemple, pour un métal ce facteur est très faible (environ 0.1 pour l'aluminium), alors que pour le basalte il est compris entre 0.6 et 0.99. La première manipulation a donc consisté à déterminer ce facteur. Cela est possible si l'on corrèle la température mesurée avec un thermocouple avec celle mesurée avec le pyromètre. Cette manipulation a bien sûr exigé une approche du lac de lave. Pour la mesure de température de la croûte (seule partie du lac accessible), le protocole suivant a été suivi:
A l'aide d'un filin, une plaque d'acier de 18 cm par 18 cm (8 mm d'épaisseur) et qui contient un trou dans lequel le thermocouple est inséré, a été déposée sur la croûte du lac. Du fait de la distance importante entre la terrasse et le lac, estimée à 15 m, cette manipulation a exigé l'intervention des trois personnes (Marc Caillet, Steven Haefeli, et Pierre-Yves Burgi). En particulier, Marc Caillet, qui se trouvait dans une zone où la température ambiante s'élevait à 300°C, a utilisé une grande perche d'acier (8 m de longueur) afin d'éloigner la plaque de la paroi. Une fois cette plaque en contact avec la lave, un relevé de température a été effectué toutes les 30 secondes pendant les 10 premières minutes, puis chaque minute pendant les 20 minutes suivantes, jusqu'à ce que la température se stabilise. La température enregistrée à ce moment était de l'ordre de 350°C. Une mesure pyrométrique effectuée au même endroit que l'emplacement du thermocouple a indiqué une température de 342°C (avec un indice d'émissivité réglé à 0.9 sur le pyromètre).
En combinant la température obtenue avec le thermocouple avec celle obtenue avec le pyromètre, et connaissant la longueur d'onde utilisée par le pyromètre, il est possible de calculer le facteur d'émissivité selon une procédure décrite par exemple dans l'article de P.-Y. Burgi, bulletin SVG janvier 1998. Suivant cette procédure, nous avons obtenu un facteur de 0.74. Le prélèvement d'un échantillon de basalte a permis de confirmer cette valeur par l'utilisation d'un four (voir l'article de S. Haefeli, bulletin SVG octobre 1997, pour une description de la procédure).
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(photos O. Grunewald)
Les 3 étapes de la «manipe»: habillement, déploiement et ouverture de la «pêche»...
L'acquisition ponctuelle des températures à différents endroits du lac a été effectuée par pyrométrie. De plus, des mesures pyrométriques en continu ont été effectuées sur des périodes de plusieurs dizaines de minutes (avec une mesure chaque seconde) et récoltées sur un PC portable. La croûte, les failles (nombreuses), ainsi que les fontaines de lave ont été les trois types de régions considérées. Ces mesures ont été faites depuis le bord du puits, ainsi que depuis la terrasse au fond du puits. Les mesures faites à proximité du lac étaient primordiales puisque l'absorption des radiations par les gaz magmatiques entre la source et l'observateur, ainsi que l'agrandissement du champ de vu du pyromètre avec la distance sont deux facteurs qui tendent à fausser les mesures pyrométriques. Une différence de l'ordre de 20 degrés a effectivement été observée entre les maximums mesurés depuis le bord et le fond du puits. D'autre part, les mesures de température ont été effectuées de nuit afin d'éviter toute pollution due au rayonnement solaire (qui peut fausser jusqu'à 90% les valeurs pyrométriques).
La surface du lac est renouvelée en une dizaine de minutes environ. Des observations sur l'emplacement, la fréquence et la durée des fontaines de lave ont été effectuées par Yves Bessard et Alain De Chambrier, cumulant 14 heures d'observation. Au terme de ces observations, il en a été déduit que statistiquement le nombre de fontaines de laves qui seraient constamment activées se chiffre à environ 0.8, soit l'équivalent d'une fraction d'une fontaine.
Les résultats principaux de ces mesures thermiques peuvent être résumés ainsi : La température enregistrée la plus élevée se situait dans une fontaine de lave et s'élevait à 1217°C. Une température si élevée est caractéristique d'un magma basaltique, ce qui est consistent avec la faible teneur en gaz observée sur le lac. A noter qu'un tel magma constitue la plupart de la croûte océanique. La température de la croûte du lac était très variable, comprise entre 290°C à proximité des falaises, jusqu'à 520°C dans certaines régions, avec une moyenne de 474°C. Sur la base de toutes ces températures, une estimation du flux thermique dû au rayonnement a été calculé et s'élève à environ 100 MW.
Un lac de lave actif comme celui de l'Erta'Ale est constitué d'un volume de magma en circulation renouvelé en permanence par une source profonde de magma. Sans un tel renouvellement, le lac se refroidirait rapidement et se solidifierait en quelques mois. Les lacs constamment actifs peuvent être considérés comme une fenêtre ouverte sur une colonne de magma, d'où leur intérêt pour établir des modèles géophysiques des mécanismes volcaniques. En particulier, la détermination du flux thermique permet de connaître le flux massique nécessaire à compenser les pertes de chaleurs. Une estimation de la quantité de magma en mouvement permet de contraindre les modèles de l'édifice volcanique, les principaux modèles étant les intrusions de magma dans l'édifice, produisant un accroissement du volcan ou au contraire des mécanismes de recyclage dans des chambres magmatiques. Des mesures thermiques sur le terrain comme celles effectuées par notre équipe sont donc d'un intérêt certain pour l'étude de ce type de volcan. Cependant, seules des mesures récurrentes réparties sur plusieurs années pourront à terme fournir une image plus précise du fonctionnement de l'Erta'Ale.
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(dessin J. Metzger)
Vu plan (en haut) et coupe (en bas) du pit-crater sud:diamètre env.170m
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(photos O. Grunewald)
Puits d’effondrement (pit-crater), Erta Ale,
février 2001
février 2001