Produits émis lors d'une éruption volcanique :

Les GAZ

Les éléments volatils du volcanisme sont des produits pétrographiques d’un grand intérêt. On peut en effet montrer qu’ils sont le moteur des éruptions volcaniques.

D’une manière générale, leur température décroît lors de leur ascension dans la croûte terrestre, sauf lors de leur arrivée en surface (combustion au contact du O2 atmosphérique).

Les gaz, moteur des éruptions volcaniques

 

Constat : Nous savons qu’une éruption volcanique est l’arrivée soudaine de magma à la surface du globe, au niveau d’un volcan.

Problème : Qu’est-ce qui provoque la montée du magma, à un moment donné, au niveau d’un volcan ?

Hypothèse 1 : Une pression « presse » le magma et le fait monter.

Conséquence vérifiable : si cette 1ère hypothèse est vraie, alors tous les volcans devraient se trouver dans des zones de compression.

Vérification : Ce n’est pas le cas, il y a des volcans dans les zones d’écartement où ils voisinent avec des failles normales, par exemple l’Islande se trouve sur une frontière de divergence = entre deux zones qui s’écartent.

Conclusion : Rien ne comprime le magma sous la surface de la Terre. L’hypothèse 1 doit être écartée.

Hypothèse 2 : Des gaz qui s’échappent poussent le magma. 

Conséquence vérifiable : si cette 2ème hypothèse est vraie, alors on doit pouvoir vérifier qu’un gaz peut pousser un liquide plus ou moins visqueux et le faire monter et que la sortie de gaz accompagne constamment une éruption dans la réalité. 

Protocole expérimental pour vérifier qu’un gaz peut pousser un liquide plus ou moins visqueux. 

Matériel : un tube en U, un bouchon, du ketchup, un comprimé effervescent. On place du ketchup dans le tube. On ajoute un peu d’eau dans la partie droite du tube, un demi comprimé effervescent et on ferme la partie droite. On observe ce qui se passe… -> 1, 2  

Résultat obtenu : On voit que le gaz produit par le comprimé fait sortir le ketchup calmement du tube. 

Critique du modèle : il est très éloigné de la réalité - différence d’échelle, de temps, de matériaux, de température… 

Vérification que la sortie de gaz accompagne constamment une éruption : éruption du Nyamuragira. Selon les enregistrements sismiques, l'éruption a commencé le 25 juillet 2002 à environ 13h10. Mais une heure avant, les gardes du Parc National avaient vu "de la fumée" monter au-dessus du volcan. 

Conclusion : L’hypothèse 2 est validée, c’est bien le gaz produit au niveau d’un volcan qui est le moteur des éruptions.

L’émission de gaz volcanique, danger pour l’homme.

 

Exemple : lac Nyos (Cameroun) en 1986 : 1746 victimes

Le 21 août 1986, une nappe de CO2 s’échappe d’un cratère d’explosion occupé par le lac Nyos dans le nod-ouest du Cameroun, tuant par asphyxie 1 746 personnes et 3 000 bovins. Le cratère d’explosion contenant le lac Nyos s’est formé, il y a quelques centaines d’années, quand du magma en fusion est entré en contact avec une nappe phréatique. Depuis, il est devenu l’un des 40 lacs de cratères de la chaîne volcanique du Cameroun (1.400 km de long, va du sud au nord du pays). Durant des dizaines d’années, du CO2 d’origine magmatique venant du manteau, d’environ 90 km sous terre, s’est lentement dissous dans les eaux profondes, limpides et stratifiées du lac Nyos (1.214 m d’altitude, 1.925 m de long nord-sud et 1 880 m de large) dont le fond plat est à -206 m. La quantité de gaz accumulée a fini par atteindre la limite de solubilité de l’eau du fond, la rendant très instable, prête à se dégager de façon explosive. Ce qui est arrivé le 21 août 1986 à la faveur d’une perturbation (glissement de terrain, séisme, retournement du lac en saison des pluies...) :

·      2 déflagrations de quelques secondes ont retenti puis une gerbe d’eau de 100 m de haut, accompagnées d’une lueur blanchâtre luminescente (due aux décharges électriques qu’entraîne la détente brusque des bulles dans un liquide) a jailli dans la partie sud du lac. En retombant, elle a décapé, jusqu’à 80 m de haut, un promontoire au sud-ouest du lac et engendré des vagues de 25 m de haut sur la rive sud et de 5 m vers le déversoir nord.

·      Simultanément, un panache de CO2 est monté à une vitesse de 30 m/s, jusqu’à 120 m au-dessus du lac, puis a coulé à 60 km/h dans les étroites vallées au nord, renversant quelques vieux bananiers et asphyxiant hommes et animaux jusqu’à 15 km du lac, sur une superficie de 30 km2. Les victimes sont toutes mortes rapidement, après avoir perdu connaissance, sans panique et sans souffrances apparentes.

Après l’émission de 1 km3 de gaz, le niveau du lac est descendu d’1 m. Et les eaux ont viré du bleu sombre au rouge brique car les eaux profondes, ferrugineuses, en montant à la surface, ont été violemment agitées et se sont oxydées, précipitant de l’hydroxyde de fer. Le lac Nyos doit rester sous surveillance, car il contient encore 20% de son stock de CO2.

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Sources thermales : Des eaux chaudes et gazeuses. 

 

Lorsque des émanations gazeuses provenant de masses en fusion rencontrent des nappes d’eau souterraines, il se forme des sources chaudes, mélange d’eau juvénile (se dit d’une eau qui a une origine profonde (volcanique ou magmatique) et qui ne provient pas des précipitations ou de la condensation) d’origine magmatique et d’eau vadose (se dit de l’eau qui percole dans le sous-sol sans faire partie d’une nappe souterraine.) d’origine atmosphérique. Ces sources sont riches en CO2 (Massif Central), en soufre (Islande), ou en silice (geysérite de Geysir, Islande). De telles manifestations sont en général significatives du dernier stade du volcanisme lorsque les masses en fusion, en se refroidissant, dégagent encore des gaz à plus ou moins haute température. 

 

Les sources thermales d’Auvergne 

Un des traits caractéristiques de l’Auvergne est sa richesse en sources minérales (source dont les eaux se sont chargées, au cours de leur trajet souterrain, de minéraux ou de gaz) et thermales (source dont la température est d’au moins 35°C à sa sortie du sol). Le département du Puy-de-Dôme et le bassin de Vichy comptent, à eux seuls, le tiers des sources françaises ; leur débit dépasse 90 000 hl / jour. En Auvergne, on a dénombré 750 sources thermales minéralisées ; la chaleur du sol y croît avec la profondeur de 1°C / 13 m, au lieu de 30 m en moyenne. Le CO2 se trouve en abondance dans le sous-sol de toute la région volcanique. La composition des eaux de source auvergnates est très variée, elle dépend de la nature des roches traversées et des fissures d’origine volcanique qui leur ont donné naissance. 

Le massif du Mont-Dore est le seul volcan en France métropolitaine qui soit à la fois suffisamment grand et ni trop vieux ni trop jeune, pour qu’un flux de chaleur résiduel y persiste. Cette géothermie a pour effet de réchauffer un aquifère profond à des températures de 180 à 240°C. A la faveur de quelques failles, ces eaux chaudes, chargées de CO2 et de sels minéraux, s’élèvent, perdant le CO2 dissous. Elles se refroidissent aussi quelque peu. Les stations thermales de la Bourboule, du Mont-Dore et de Saint-Nectaire tirent leur réputation thérapeutique de l’utilisation de ces eaux. D’autres sources existent dans le massif du Mont-Dore, non exploitées. 

  • La Bourboule : A 852 m d’altitude, la Bourboule, station d’enfants par excellence, est un lieu de repos et de cure réputé. Le premier établissement de bains date de 1821. En 1854, le chimiste Thénard découvre de l’arsenic dans les eaux de la Bourboule : chaque propriétaire se met alors à explorer son enclos pour y trouver une source. Aujourd’hui, 2 sources sont exploitées : chaude (60°C) à Choussy-Perrière, et froide (19°C) à Fenêstre. Ces eaux sont employées contre les maladies des voies respiratoires et les dermatoses, notamment d’origine allergique, sous forme d’inhalations, aérosols, bains et douches. 

  • Le Mont-Dore : A 1 050 m d’altitude, le Mont-Dore est une station thermale dont les eaux étaient déjà exploitées par les Gaulois. Ces eaux, les plus siliceuses de France, chargées de CO2, émergent de filons de lave à l’intérieur de l’établissement thermal à des températures de 38 à 44°C ; elles sont utilisées en boissons, inhalations, pulvérisations, bains et douches, dans le traitement de l’asthme, affections respiratoires et rhumatismes. 

  • Saint-Nectaire : La ville thermale possède plus de 40 sources dont les eaux jaillissent à des températures allant de 8 à 56°C. Ces eaux sont utilisées pour soigner les affections rénales et métaboliques. 

  • Chaudes Aigues a les sources les plus chaudes d’Auvergne et d’Europe : de 52 à 82°C. La source du Par a une température de 82°C, elle débite 5000 hl d’eau / jour. La distribution d’eau courante chaude dans les maisons y est pratiquée depuis l’antiquité ; sur les 450 maisons du bourg, 300 profitent de la chaleur fournie par l’eau : Chaudes-Aigues est le pionnier du chauffage central. Dans l’établissement thermal, on traite les rhumatismes, arthroses, sciatiques, la goutte. L’emblème de la ville est un volcan fumant, symbole du thermalisme de l’endroit.

La Grande Limagne, ou Limagne de Clermont,-Ferrand, est une région affaissée et fertile. Royat est une station thermale située sur la faille occidentale de la Limagne, c’est à cette situation qu’elle doit ses sources. Connues des Arvernes, dont la capitale Gergovie était proche, ses eaux furent ensuite exploitées par les Romains. 5 sources sont aujourd’hui utilisées. La plus importante, la source Eugénie, débite 1000 l/min ; l’eau, à 31,5°C, est riche en gaz thermaux radioactifs et en CO2. La température des autres sources décroît jusqu’à 14°C. Ces eaux sont employées sous forme de boisson, bains carbo-gazeux et injections de gaz thermaux, pour le traitement des affections du coeur et artères, la cellulite et l’arthrose.

Vichy est une station thermale connue depuis les Romains. Les sources sont surtout chargées de bicarbonate de soude et d’acide carbonique. On y soigne surtout les affections du foie, de la vésicule et de l’estomac, le diabète, les migraines et les troubles de la nutrition et de la digestion, mais aussi des affections rhumatismales. Les sources chaudes sont à la base du traitement (cures de boisson) ; la source de la grande grille provient d’une profondeur de 1000 à 1200 m et sort à gros bouillons à 42,5°C ; celle de Chomel sort à 41°C, celle de Lucas à 27°C, celle de l’Hôpital à 34,4°C. Les sources froides sont aussi utilisées en cures de boisson ; la source du parc est à 22,9°C, celle des Célestins à 21°C.

 

L’utilisation de la chaleur de l’eau : L’énergie géothermique est utilisable quand un fluide lui sert de vecteur : dans des régions volcaniques, la température de l’eau peut atteindre 150 °C et même dépasser 350 °C. L’eau est directement utilisée (bains), alimente des installations de chauffage ou des centrales qui transforment l’énergie géothermique en énergie électrique. Les principales installations géothermiques se trouvent à Larderello (province de Pise), The Geysers (Californie), au Mexique, en Islande, au Japon, en Nouvelle-Zélande ; une géothermie basse énergie (profondeur : 500 à 1000 m ; eau : 20 à 50°C) est exploitée dans le Bassin parisien (Melun fut une ville pionnière), l’Aquitaine, la vallée du Rhône. On peut aussi injecter de l’eau dans des roches creuses situées à grande profondeur (4 à 10 km) dans la quasi-totalité de la planète (Los Alamos, Nouveau-Mexique).

 

Les zones thermales d’Islande  : Une des principales conséquences du volcanisme récent en Islande est la forte activité hydrothermale de l’île. Les champs solfatariens, les sources d’eau chaude, les fumerolles et les geysers font partie du paysage islandais. Le gradient géothermique est élevé en Islande : 2°C / 33 m. Les isotopes de H (Deutérium, Tritium) ont permis de montrer que l’origine de l’eau serait superficielle. L’eau sortant des sources thermales est de l’eau de pluie infiltrée dans le sol, ayant percolé dans les fractures pour être chauffée en profondeur avant de remonter en surface ; depuis la 1° bombe à hydrogène de 1954, le pourcentage en tritium de l’eau de pluie a crû considérablement : cette augmentation se remarque dans les eaux de surface, mais, en 1971, pas encore dans l’eau thermale, qui aurait donc plus de 17 ans. Dès 1925, les islandais prennent conscience de l’importance de leurs sources chaudes et de leur possibilité en énergie géothermique. Des forages sont effectués dans différentes zones pour capter la vapeur et l’eau chaude, utilisés pour le chauffage des habitations et des serres. La capitale et 4 autres communes ainsi que des fermes isolées, bénéficient ainsi de l’énergie géothermique pour le chauffage. La ville de Hveragerdi, qui signifie « jardins chauds », est la plus grande exploitation sous serres chauffées par l’eau chaude naturelle. L’Islande fait ainsi figure de pionnier dans l’utilisation de la vapeur naturelle pour le chauffage domestique. On distingue 2 types d’activité thermale :

  • les zones à basse température = température de l’eau et des gaz en profondeur < 150°C. Ces zones sont les plus nombreuses, on en a répertorié près de 250, composées de plus de 700 sources thermales appelées « laug » ou « hver ». Leur température moyenne est de 75°C. Elles sont localisées essentiellement dans les basaltes tertiaires. Elles se manifestent par des sources chaudes alcalines, les fumerolles sont rares. Exemple : Laugarvatn, Reykir. 

  • les zones à haute température = température de l’eau et des gaz en profondeur > 150°C. On en compte 16, elles se situent dans le graben médian à volcanisme récent. Une activité fumerollienne intense de solfatares les caractérise. Les sources sont acides et liées à un volcanisme acide. Les eaux sont souvent riches en silice et donnent d’importants dépôts de geysérite. Exemple : Hveravellir, Geysir, Namafjall, Kerlingarfjöll, Hverkfjöll, Torfajökull, Hengill, Krisuvik, Reykjanes.

geysérite 

 

Les sources chaudes du Japon : Les sources chaudes sont innombrables au Japon, qui est le 5° producteur mondiale de géothermie avec une dizaine de centrales (en 1987). La zone thermale la plus vaste et la plus connue est celle de Beppu à Kyushu, avec plus de 3000 sources dont les températures varient entre 45 et 100°C. Les tonnes d’eau chaude sont utilisées pour les bains d’agrément ou médicinaux, pour le chauffage et la climatisation des habitation, pour des serres de culture et des fermes d’élevage d’alligators. La curiosité de Beppu est l’ensemble de ses Jigoku, les « enfers », qui ressemblent à autant de jardins dont chacun possède son attraction volcanique. L’Umi Jigoku, « l’enfer de la mer », est fait de bassins d’eau bouillante vert émeraude et bleu opalescent où les touristes s’amusent à cuire des eux. Le Chinoike Jigoku, « l’enfer du sang », a un lac rouge car riche en oxyde de fer. Au Tatsumaki Jigoku, « l’enfer de la tornade », un geyser jaillit toutes les 17 min. enfin au Bozu Jigoku, « l’enfer des bonzes », les gaz brûlants de petites marmites de boue forment de grosses bulles grises, luisantes, comme autant de minuscules crânes chauves. 

 

Source de vapeur à Beppu

Les forages : La vapeur d’eau contenant d’autres gaz en faible proportion est parfois emprisonnée sous une couverture imperméable, il suffit de faire un forage pour que le fluide jaillisse.

Larderello : Larderello est une localité d’Italie (province de Pise) où les vapeurs à haute température (120 °C env.) émises par le sol sont utilisées par des centrales géothermiques. Le champ géothermique de Larderello a 200 km2 de surface.

Lucrèce signale déjà des fumerolles dans la région de Larderello. L’acide borique déposé par les vapeurs et les eaux chaudes était utilisé par les Etrusques pour la fabrication d’émaux. Mais la véritable découverte de cette région date de 1777, quand F.U. Hoefer, directeur des pharmacies du Grand Duc de Toscane, identifia du « sel sédatif », de l’acide borique, dans les sources chaudes. Un chimiste s’aperçut ensuite qu’en chauffant ce sel avec du sel marin, on obtenait HCl + du borax indispensable pour les soudures. Un essai d’exploitation fut entrepris, on construisit de petits lacs d’eau douce autour de chaque source de vapeur pour condenser le fluide. Le constructeur tomba dans un de ces lacs et mourut, l’exploitation s’arrêta là. En 1818, le comte français F. de Larderel développa l’idée des lacs artificiels et utilisa les calories disponibles de la vapeur pour faire évaporer l’eau des lacs enrichis en acide borique. Entre 1818 et 1835, il créa 8 usines et en 1846 la ville principale s’appela Larderello, en l’honneur du comte. On fit des sondages rudimentaires pour augmenter la production : après avoir creusé de quelques dizaines de mètres, la vapeur jaillissait. La production des dérivés boriques et ammoniacaux resta prospère jusqu’à la fin du XIX° s. En 1904, le comte meurt, le prince G. Conti prend sa succession.  

Dès 1905, l’entreprise ayant des ennuis avec la société locale d’électricité, elle décide de produire elle-même l’énergie électrique nécessaire pour l’éclairage des usines et des maisons de Larderello. Une turbine actionnée par la vapeur produit ainsi de l’électricité à partir de l’énergie géothermique. Après la 2de guerre mondiale, la société est achetée par les Chemins de fer italiens, les sels boriques sont abandonnés tandis que la production d’électricité se développe. La zone de Larderello, avec le Monte Amiata, est le plus grand ensemble géothermique du monde. La présence de jets de vapeur (les soffioni), de mares d’eau chaude et de boue (les lagoni) s’explique par la présence d’intrusions magmatiques à faible profondeur encore en cours de refroidissement. Il s’agit probablement d’un magma acide.

Les fontaines pétrifiantes

 

Lorsque les eaux thermales se refroidissent, par mélange avec l’aquifère relativement superficiel, elles précipitent de la calcite microcristalline, qui constitue des travertins. Elles sont exploitées dans les fontaines pétrifiantes.

Exemples :Fontaine pétrifiante de Gimeaux ; Fontaine pétrifiante de Saint-Alyre (Clermont-Ferrand)

Clermont possède 22 sources minérales. Leur température va de 6 à 18°C. La plupart naissent sur une faille qui va de la place des Salins au quartier St-Alyre. Cette fracture du sol se manifeste par la dénivellation brusque qui termine, vers l’Ouest, la butte portant la vieille ville et se remarque, notamment, sur le boulevard Desaix, à hauteur de la Préfecture. Les 5 sources de St-Alyre, qui contiennent beaucoup de carbonate de chaux, alimentent les grottes du Pérou où s’opèrent des pétrifications. L’eau est dirigée dans des canaux remplis de copeaux de bois puis de cailloux où elle se débarrasse de son fer et de ses carbonates ferreux. Elle descend alors, en minces cascades, un escalier de bois où sont placés les objets en cours de pétrification. Si les premières réalisations consistaient en un simple recouvrement d’objets divers (feuillages, nids d’oiseaux, poteries...) où le support restait prisonniers du dépôt calcaire, l’idée évolua vers la conception d’une démarche inverse : une méthode de moulage permettant en fin de cycle, après élimination du support, de restituer uniquement la matière minérale. En 1828 à Saint-Nectaire, Jean Serre, aidé de son père, s’intéresse au phénomène de pétrification ; érudit et chercheur, il va mettre au point l’art des incrustations sur moulages. Puis son gendre Michel Papon perfectionnera la technique. Créations sur plâtre puis moulages au soufre autorisent des bas reliefs du type « camée ». L’apparition sur le marché vers 1830 d’une gomme végétale, la gutta-percha, offre la possibilité de traiter des modèles à très forte contre-dépouille. Des artistes travaillèrent à des sculptures de hauts-reliefs dont furent réalisées des matrices en cuivre. Dans les années 1950, une nouvelle étape est franchie : au prix de manipulations complexes dans le suivi de la fabrication, des tableaux sont translucides, ils présentent des phénomènes de perspectives et de contrastes « ombre-lumière » lors d’une présentation appropriée.  

Les geysers 

 

Les geysers (de jaillir en islandais) sont des sources chaudes qui jaillissent par intermittence. 

Problème : Qu'est-ce qui fait jaillir ainsi l'eau par intermittence ?

L’hypothèse de l’ébullition explosive semble la plus complète : au fond du conduit du geyser, l’eau est surchauffée, atteint 103-104°C sans entrer en ébullition, car elle est soumise à une pression hydrostatique supérieure à la pression atmosphérique (poids de la colonne d’eau). Cette eau en surchauffe, plus légère, a tendance à remonter dans le conduit et atteint des zones où la pression est plus faible. Elle se vaporise instantanément (ébullition explosive) et projette hors de l’orifice du geyser toute la colonne d’eau qui la surmonte, à des hauteurs pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres. L’eau se vaporise en grande partie. Après l’éruption, une partie du liquide retombe dans le bassin, le cycle recommence au bout de quelques minutes, le temps d’attendre la surchauffe. Parallèlement, des minéraux se déposent : la geysérite forme des parois imperméables blanchâtres. La durée de vie d’un geyser varie de quelques jours à plusieurs centaines d’années.

 

Les geysers d’Islande : Seule une dizaine de geysers sont encore actifs en Islande et crachent par intermittence leur mélange brûlant d’eau et de vapeur à une hauteur allant de quelques cm à plusieurs dizaines de m. Le plus célèbre d’entre eux, le Grand Geyser, est situé dans le nord du bassin de Geysir ; son orifice a 14 m de diamètre, son conduit central de 23 m de profondeur couronne un vaste dôme de geysérite, variété de silice amorphe qui, d’abord dissoute dans l’eau chaude, a précipité ensuite au pourtour du geyser. La stratigraphie du dôme a montré qu’il a 7 à 8 000 ans, mais le premier dépôt de silice remonterait seulement au IX° s. En 1772, il avait un éruption toutes les demi-heures ; en 1883, il ne se réveillait plus que tous les 20 jours ; il ne jaillit plus que très rarement (on le réveille en jetant de la poudre de savon). Son voisin, le Strokkur, réouvert artificiellement il y a quelques années par un forage, éjecte un mélange d’eau et de vapeur à 20 m de hauteur toutes les quelques minutes.

Un peu au sud-ouest, le bassin d’eau chaude Operrishola, le trou du temps pluvieux, ne manifeste une activité geysérienne que si la pression atmosphérique baisse fortement. Le Smidur est en continuelle ébullition ; pour qu’il y naisse un geyser, les islandais y jettent une grande quantité de poudre de savon pour que l’ébullition explosive s’amorce.

 

Les geyser de Yellowstone : Le parc national de Yellowstone fut le premier parc créé (1872, président Grant). Il est plus grand que la Corse (9 000 km2). Il se trouve dans le Wyoming à 2300 m d’altitude, dans une région au climat rude, à forte pluviométrie (1 à 1,5 m / ans). Vers la fin du secondaire-début tertiaire, une zone de point chaud s’est créée ; des failles sont apparues, avec des éruptions volcaniques, il y a 600000 ans : plus de 300 000 km3 de lave ont été projeté. Les eaux de pluie ont pénétré par les fissures, et cheminent dans la croûte ; l’eau chaude remonte des profondeurs et rencontrent des colonnes d’eau froide qui font « couvercle » jusqu’à ce que la pression soit telle que l’eau chaude sorte en geyser. 2/3 à 3/4 des geysers mondiaux se trouvent à Yellowstone, dans plusieurs zones, notamment Upper geyser basin (1/4 des geysers du monde) et Norris geyser.

Castle Geyser

Les fumerolles

 

Les fumerolles sont les émissions gazeuses assez calmes et régulières, sortant de fissures ou de trous (évents), souvent groupés en champs, dans les zones volcaniques ; ces émissions de gaz sont produites avant, pendant et longtemps après le paroxysme éruptif. Leur température peut atteindre et dépasser 1000°C. Leur volume au cours d’une éruption volcanique normale se chiffre par plusieurs milliards de m3. 

T = 500 à 1000°C

Les fumerolles sont sèches ou anhydres (H2O < 10%), riches en H2, SO2, F et composés (HF, SiF4), Cl et composés (HCl, NaCl, FeCl3 qui colore les gaz en orange).

T = 300 à 500°C

Les fumerolles sont acides, plus riches en H2O, avec H2, SO2, H2S, CO2, HCl.

T = 100 à 300°C

Les fumerolles sont à 90% de H2O et composants très variés : acide borique H2BO3 parfois exploitable, CO2, CH4, gaz rare (He, Ar), composés d’ammonium et fréquemment H2S en quantité suffisante pour donner, par réaction avec O2 de l’air, des dépôts de S jaune : ces fumerolles sont les solfatares, pouvant donner des gisements (soufrières). type : Solfatara (Italie)

T< 100°C

Les fumerolles froides ou mofettes sont souvent liées à des sources thermales ; elles sont riches en H2O et CO2 et peuvent s’entourer de dépôts de travertins calcaires.

Exemples : Grotte du Chien à Agnano (Italie), dans la région des champs Phlégréens, mofette dégageant du CO2 la plus connue.

Grotte du chien à Royat, creusée dans une coulée de lave issue du Puy de Dôme, du CO2 s’échappe de fissures et s’accumule jusqu’à 50 cm au-dessus du sol. Une bougie s’éteint par manque d’O2 si on la pose au fond de la grotte. On démontrait la présence de CO2 en y menant des chiens qui mouraient asphyxiés.

Solfatara (Italie)

Les champs Phlégréens, situés à quelques km à l’ouest de Naples, sont célèbres pour leurs nombreux cratères ; l’activité éruptive principale date du Pléistocène supérieur et de l’Holocène. L’un des sites célèbres de cette région est Solfatara. Un cratère de 770 m de long, 580 m de large, est caractérisé par une activité Solfatarienne. On compte 25 champs de fumerolles, dont 9 au fond de la dépression ; les roches sont surtout des cendres et des ponces blanches, mais aussi des blocs de trachyte à sodalite altéré provenant du dôme du Monte Olibano qui constitue le mur sud du volcan (dôme plus ancien que la Solfatara). Le fond du cratère appelé Piano Sterile est plat et constitué de cendres blanchâtres qui sonnent creux quand on marche dessus. Des effondrements sont possibles : une couche de cendres assez fine peut cacher une mare de boue en ébullition. La fumerolle de la Bocca Grande, à l’est, est la plus grande et la plus chaude des sources de vapeur de la Solfatara ; elle à 150°C et jaillit des cendres volcaniques sèches. Elle contient plus de 90% de vapeur d’eau (d’origine superficielle) ; les autres gaz sont, par ordre d’importance décroissante : CO2, CO, CH4, H2, HCl, H2S,... Autour de la plupart des sources de vapeur de la solfatara, des cristaux en aiguilles de soufre monoclinique se déposent, donnant son nom au site. La formation du soufre provient de l’oxydation : 2 H2S + O2 -> 2 H2O + 2 S En refroidissant, le soufre monoclinique, stable au-dessus de 95°C, se transforme en soufre orthorhombique : les cristaux deviennent troubles puis opaques. La Bocca Grande contient également des cristaux de réalgar atteignant 4 mm. Les mares de boue, les Fangaia, sont spectaculaires et intéressantes. Ce sont de petits « volcans de boue » dus au mélange des gaz et surtout de la vapeur d’eau avec des cendres du fond du cratère. Des lambeaux de boue sont éjectés des bouches et construisent des petits cônes grisâtres (la couleur grise est due à du sulfure de fer). Les gaz agitent constamment la boue et provoquent des modifications chimiques importantes.  

Kawah Idjen (Est de Java) 

Du sommet du Kawah Idjen à 2600 m d’altitude, on peut admirer le « cratère vert » : le plus grand réservoir d’acide du monde (36 millions m3 d’acide sulfurique et chlorhydrique + sulfate d’aluminium et aluminium, sulfate de fer...) dans un cratère de soufre. Les parois ocre clair ravinées par l’érosion se perdent dans le lac-cratère turquoise aux reflets d’émeraude ; ce lac de 212 m de profondeur a une température de 34°C et une très forte acidité. L’énorme colline jaune orangé s’estompe dans les volutes d’or des fumerolles corrosives : le soufre coule à 120°C en traînées rouge vif, puis se fige progressivement en tentacules jaune citron. Les gaz acides pourrissent les roches volcaniques qui bordent le cratère, les transformant en argiles tendres que les luies tropicales creusent profondément. Les indonésiens y extraient le soufre qui s’écoule très pur de la colline jaune sur le flanc interne du cratère.

Pour que l’exploitation soit plus rentable, ils construisent des tunnels de pierre et de tôle ondulée qui canalisent les fumerolles, riches en gaz sulfureux. Le soufre coule, puis se refroidit et se solidifie dans ces canalisations qui sont ultérieurement cassées avec des pieux de fer ; le minéral jaune est ensuite récupéré, débité en morceaux, empilé dans des paniers et transporté hors du cratère. Dans l’atmosphère irritante et corrosive des gaz volcaniques brûlants, leur seule protection est un morceau de tissu plaqué sur la bouche et le nez.

 Chaque travailleur hisse péniblement ses 40 à 70 kg de soufre le long des pentes raides du cratère, entrecoupées d’échelles de bambou quand la dénivelée est trop forte. Une fois au sommet, il lui faut descendre à la pesée. En une journée, un homme peut extraire jusqu’à 360 kg de soufre. La production journalière de l’exploitation atteint ainsi 4 tonnes, très peu face aux 30 000 t de S, pur à 99%, qui dorment au fond du cratère vert. Ce soufre sert à la vulcanisation du caoutchouc et au blanchiment du sucre. Aucun industriel ne veut exploiter la fortune minérale contenue dans les profondeurs du Kawah Idjen, car le volcan se réveille parfois et projette de l’acide à 600 m, aspergeant les environs d’une pluie corrosive. En 1976, alors qu’une cinquantaine d’hommes étaient dans le cratère, une énorme bulle de gaz sulfureux a soulevé la surface du lac puis a crevé, asphyxiant les travailleurs ; onze d’entre eux n’ont pas pu être ranimés. 

Il existe d’autres cratères remplis d’acide, né quand des gaz sulfureux s’exhalent au fond de cratères remplis d’eau de pluie, la transformant en acide. En particulier le Kusatsu-Shirane au Japon et le Poas au Costa Rica.