Contenu
- Qu'est-ce que les cendres volcaniques?
- Propriétés des cendres volcaniques
- Eruptions de cendres et colonnes de cendres
- Plumes de cendres, cendres et champs de cendres
- L'impact des cendres volcaniques
- Impact sur la santé humaine:
- Impact sur l'agriculture:
- Impact sur les bâtiments:
- Impact sur les appareils:
- Impact sur les communications:
- Impact sur les installations de production d'électricité:
- Impact sur le transport terrestre:
- Impact sur le transport aérien:
- Impact sur les systèmes d'approvisionnement en eau:
- Impact sur les systèmes de traitement des eaux usées:
- Planification des cendres volcaniques
Panache de cendres volcaniques du volcan Cleveland, situé sur l’île Chuginadak dans la chaîne des îles Aléoutiennes au large de l’Alaska. Image de la NASA prise par Jeff Williams, ingénieur de vol, de la Station spatiale internationale. Image plus grande.
Qu'est-ce que les cendres volcaniques?
Les cendres volcaniques sont constituées de particules de roches ignées de la taille d'une poudre à une taille de sable, soufflées dans l'air par un volcan en éruption. Le terme est utilisé pour désigner le matériau lorsqu'il est dans l'air, après qu'il soit tombé au sol et parfois après qu'il ait été lithifié dans la roche. Les termes "poussière volcanique" et "cendre volcanique" sont tous deux utilisés pour le même matériau; Cependant, la "poussière volcanique" est plus appropriée pour les matériaux en poudre.
Cendre volcanique du mont St. Helens, éruption de 1980. Image USGS, D.E. Wieprecht. Image plus grande.
Particule de cendre volcanique vu avec un microscope électronique à balayage. Image USGS par A.M. Sarna-Wojcicki. Image plus grande.
Propriétés des cendres volcaniques
À première vue, les cendres volcaniques ressemblent à une poudre douce et inoffensive. Au lieu de cela, les cendres volcaniques sont un matériau rocheux d'une dureté d'environ 5+ sur l'échelle de dureté de Mohs. Il est composé de particules de forme irrégulière avec des arêtes vives et coupantes (voir vue microscopique). Combinez la dureté élevée avec la forme de particule irrégulière, et la cendre volcanique peut être un matériau abrasif. Cela donne à ces minuscules particules la possibilité d’endommager les fenêtres de l’avion, de irriter les yeux, de porter une usure inhabituelle des pièces mobiles de l’équipement avec lesquelles elles entrent en contact et de créer de nombreux autres problèmes, décrits ci-dessous dans la section "Impact des cendres volcaniques".
Les particules de cendre volcanique sont de très petite taille et ont une structure vésiculaire avec de nombreuses cavités. Cela leur donne une densité relativement faible pour un matériau rocheux. Cette faible densité, combinée à la très petite taille des particules, permet aux cendres volcaniques d'être transportées haut dans l'atmosphère par une éruption et transportées sur de longues distances par le vent. Les cendres volcaniques peuvent causer des problèmes à une longue distance du volcan en éruption.
Les particules de cendre volcanique sont insolubles dans l'eau. Lorsqu'ils deviennent mouillés, ils forment une boue ou une boue qui peut rendre les routes et les pistes glissantes. Les cendres volcaniques mouillées peuvent sécher en une masse solide de type béton. Cela lui permet de boucher les égouts pluviaux et de coller la fourrure des animaux à l'air libre lorsque les cendres tombent au même moment que la pluie.
Colonne de cendres volcaniques: Colonne d’éruption du mont St. Helens le 18 mai 1980. Cette explosion a produit une colonne chaude de téphra en hausse, de gaz volcaniques et d’air entraîné qui s’est élevée à 22 kilomètres d’altitude en moins de dix minutes. Les vents forts qui ont emporté les cendres à l'est à environ 100 kilomètres à l'heure. En moins de quatre heures, des cendres tombaient sur la ville de Spokane à environ 400 kilomètres et deux semaines plus tard, le nuage d'éruption avait encerclé la terre. Image USGS par A. Post.
Eruptions de cendres et colonnes de cendres
Certains magmas contiennent d'énormes quantités de gaz dissous sous de très hautes pressions. Lorsqu'une éruption se produit, la pression de confinement sur ces gaz est soudainement relâchée et ils se dilatent rapidement, s'échappant de la cheminée volcanique et emportant avec eux de petits morceaux de magma. L'eau souterraine proche d'une chambre magmatique peut être vaporisée avec le même résultat. Ce sont la source de particules de cendres pour certaines éruptions. L'énorme quantité de gaz chaud, en expansion et en expansion qui s'échappe de l'évent peut entraîner une colonne d'éruption de cendres et de gaz chauds dans les airs.
L'image ci-jointe montre une partie de la colonne de cendres produite par l'éruption du mont St. Helens en mai 1980. Lors de cette éruption, le dégagement explosif de gaz volcaniques chauds dans l'atmosphère a provoqué l'apparition d'une colonne de téphra montante, de gaz volcaniques et d'air entraîné qui s'est élevée à 22 kilomètres d'altitude en moins de dix minutes. Ensuite, de forts vents dominants ont transporté les cendres vers l’est à environ 100 kilomètres à l’heure. En moins de quatre heures, des cendres tombaient sur la ville de Spokane, à environ 400 kilomètres de l’aération. Deux semaines plus tard, la poussière de l'éruption avait été transportée autour de la Terre.
L'éruption du mont St. Helens était exceptionnelle par sa taille et son intensité. Un dégagement de cendres plus typique est présenté dans l'image en haut de cette page. Sur cette image, le volcan Cleveland, situé sur l’île Chuginadak dans la chaîne des îles Aléoutiennes en Alaska, libère un petit panache de cendres qui se détache en quelques minutes du volcan et est emporté par le vent.
Carte des chutes de cendres volcaniques: Carte montrant la répartition géographique aux États-Unis des retombées de cendres résultant de l'éruption du mont St. Helens le 18 mai 1980. Image USGS. Carte plus grande.
Épaisseur de cendre: Les dépôts de cendres sont généralement épais et grossiers en taille de particule près du volcan. Cependant, à distance, le dépôt devient plus fin et plus fin.
Panache de cendres: Un long panache de cendres provenant du volcan Chaitén, dans le sud du Chili, souffle sur le continent. Image plus grande.
Plumes de cendres, cendres et champs de cendres
Une fois que les cendres sont libérées dans l'air par un volcan, le vent a la possibilité de les déplacer. Ce mouvement, ainsi que la turbulence de l’air, permettent de répartir les cendres en suspension sur une vaste zone. Ces nuages de cendres déplacés par le vent sont appelés panaches de cendres. L'image ci-dessous montre un panache de cendres produit par l'éruption du volcan Chaitén dans le sud du Chili le 3 mai 2008. Ce panache commence au Chili, traverse l'Argentine et s'étend sur des centaines de kilomètres au-dessus de l'océan Atlantique.
Lorsqu'un panache de cendres s'éloigne de l'évent volcanique, il ne peut plus supporter la fuite de gaz pour le soutenir. Les particules de cendre non supportées commencent à tomber. Les plus grosses particules de cendre tombent en premier et les plus petites restent en suspension plus longtemps. Cela peut produire un dépôt de cendre sur le sol sous le panache de cendres. Ces dépôts de cendres sont généralement les plus épais près de l'évent et minces avec la distance. Une carte montrant la distribution des cendres de l'éruption du mont St. Helens le 18 mai 1980 est présentée sur cette page.
Un champ de cendres est une zone géographique où le sol a été recouvert par les retombées d'un panache de cendres. Une image ci-dessous montre un champ de cendres à l'est du volcan Chaitén, dans le sud du Chili, à partir de mai 2008. On peut clairement voir le couvre-sol blanc de cendres.
Champ de cendres: Un champ de cendres à l'est du volcan Chaitén à partir de mai 2008. Image plus grande.
L'impact des cendres volcaniques
Les cendres volcaniques présentent de nombreux dangers pour les personnes, les biens, les machines, les communautés et l'environnement. Plusieurs d'entre elles sont détaillées ci-dessous.
Impact sur la santé humaine:
Les personnes exposées aux chutes de cendres ou vivant dans un environnement poussiéreux après une chute de cendres peuvent souffrir de nombreux problèmes. Les problèmes respiratoires comprennent l'irritation du nez et de la gorge, la toux, une maladie ressemblant à une bronchite et un inconfort lors de la respiration. Celles-ci peuvent être réduites en utilisant des masques antipoussières à haute efficacité, mais l'exposition aux cendres doit être évitée si possible.
Les problèmes à long terme pourraient inclure le développement d'une maladie appelée «silicose» si les cendres ont une teneur en silice significative. L’Institut national américain de la sécurité et de la santé au travail recommande des types de masques spécifiques pour les personnes exposées aux cendres volcaniques. Toute personne souffrant déjà de problèmes tels que bronchite, emphysème ou asthme doit éviter toute exposition.
Les cendres volcaniques sèches peuvent rester collées à un œil humain humide et les minuscules particules de cendres provoquent rapidement une irritation des yeux. Ce problème est plus grave chez les personnes qui portent des lentilles de contact. Les habitants des zones de chutes de cendres signalent une certaine irritation cutanée. cependant, le nombre de cas et leur gravité sont faibles.
Novarupta ashfall: Image satellite du paysage autour du volcan Novarupta avec les contours des chutes de cendres et la zone d'écoulement pyroclastique de l'éruption de 1912 représentée par des lignes colorées. Image satellite de J. Allen (NASA) à l'aide des données de la Global Land Cover Facility de l'Université du Marylands. Cartographie de B. Cole,. Image plus grande.
Impact sur l'agriculture:
Le bétail souffre des mêmes problèmes oculaires et respiratoires que ceux décrits ci-dessus pour l'homme. Les animaux nourris au pâturage peuvent devenir incapables de manger si les cendres recouvrent leur source de nourriture. Ceux qui mangent à partir d'une source de nourriture recouverte de cendres souffrent souvent de plusieurs maladies. Les agriculteurs des zones de chutes de cendres peuvent avoir besoin de fournir des aliments supplémentaires à leurs animaux, de les évacuer ou de les envoyer rapidement à l'abattoir.
Une chute de cendre de quelques millimètres ne cause généralement pas de dommages graves aux pâturages et aux cultures. Cependant, des accumulations de cendres plus épaisses peuvent endommager ou tuer les plantes et les pâturages. Des accumulations épaisses peuvent endommager le sol en tuant les microphytes et en bloquant l'entrée d'oxygène et d'eau. Cela peut entraîner une condition de sol stérile.
Dommages causés par les chutes volcaniques: Bâtiments endommagés par une chute de cendre humide. Image USGS. Image plus grande.
Cendre volcanique: Vidéo USGS expliquant l'impact des cendres volcaniques sur le trafic aérien.
Impact sur les bâtiments:
Les cendres sèches pèsent environ dix fois la densité de la neige fraîche. Une épaisse chute de cendres sur le toit d'un bâtiment peut le surcharger et provoquer son effondrement (voir image). La plupart des bâtiments ne sont pas conçus pour supporter ce poids supplémentaire.
Immédiatement après une forte chute de cendres, l’un des travaux prioritaires consiste à nettoyer les cendres des toits des bâtiments. Si la pluie tombe avant que les cendres ne soient retirées, elles peuvent être absorbées par les cendres et augmenter le poids. Les cendres humides peuvent avoir une densité vingt fois supérieure à celle de la neige fraîche.
Les cendres volcaniques peuvent remplir les gouttières d'un bâtiment et obstruer les tuyaux de descente. Les cendres seules peuvent être très lourdes, et si elles deviennent mouillées par la pluie, elles tireront souvent les gouttières des maisons. Les cendres associées à l'eau peuvent être corrosives pour les matériaux de toiture en métal. Les cendres humides sont également conductrices et, lorsqu'elles s'accumulent autour des éléments électriques externes d'un bâtiment, elles peuvent provoquer des blessures graves ou des dommages matériels.
Les climatiseurs et les systèmes de traitement de l'air peuvent tomber en panne ou être endommagés si leurs filtres sont encrassés ou si leurs orifices de ventilation sont recouverts de cendres volcaniques. Les pièces mobiles de l'équipement peuvent être portées rapidement si des cendres abrasives les séparent.
Impact sur les appareils:
Les cendres fines et la poussière peuvent s'infiltrer dans les bâtiments et causer des problèmes avec les appareils. Les cendres abrasives peuvent provoquer une usure inhabituelle des pièces mobiles des moteurs électriques. Les aspirateurs, les générateurs d'air chaud et les systèmes informatiques sont particulièrement vulnérables car ils traitent beaucoup d'air.
Ténèbres dues aux chutes de cendres volcaniques: Les cendres dans l'air peuvent bloquer la lumière du soleil et assombrir les zones situées au-dessous d'un panache de cendres au milieu de la journée. Volcan Soufriere Hills, image de 1997. Image USGS. Image plus grande.
Impact sur les communications:
Les cendres volcaniques peuvent avoir une charge électrique qui interfère avec les ondes radio et autres émissions transmises par l'air. La radio, le téléphone et l’équipement GPS peuvent ne pas être en mesure d’envoyer ou de recevoir des signaux avec un volcan en éruption à proximité. Les cendres peuvent également endommager les installations physiques telles que les câbles, les tours, les bâtiments et les équipements nécessaires aux communications.
Impact sur les installations de production d'électricité:
Les cendres volcaniques peuvent provoquer l'arrêt des installations de production d'énergie. Ces installations sont parfois désactivées pour éviter les dommages causés par les cendres. Ils peuvent rester en place jusqu'à ce que les cendres aient été enlevées. Cela protège les équipements essentiels contre les pannes, mais perturbe le service électrique pour des millions de personnes.
Cendres volcaniques sur les voitures à la base aérienne de Clark aux Philippines après l'éruption du mont Pinatubo en 1991. Ce parking est à environ 25 kilomètres à l'est de l'éruption et a reçu environ 9 centimètres de cendres. Image USGS par R.P. Hoblitt. Image plus grande.
Impact sur le transport terrestre:
L'impact initial sur le transport est une limite de visibilité. Les cendres remplissent l'air et bloquent la lumière du soleil. Il peut faire aussi sombre que la nuit au milieu de la journée. Les cendres couvrent également les marquages routiers. Un millimètre de cendres peut masquer le centre et les lignes de base d'une autoroute.
Un autre impact concerne les voitures. Ils traitent d’énormes quantités d’air contenant de la poussière volcanique et des cendres. Cela est initialement capturé par le filtre à air, mais il peut rapidement être dépassé. Ensuite, la poussière abrasive pénètre dans le moteur pour endommager les pièces soigneusement usinées et obstruer les petites ouvertures.
Les cendres volcaniques s'accumulent sur le pare-brise des voitures, d'où la nécessité d'utiliser les essuie-glaces. Si les essuie-glaces sont utilisés, les cendres abrasives entre le pare-brise et les essuie-glaces peuvent rayer la vitre, produisant parfois une surface dépolie impossible à voir à travers.
La poussière volcanique et les cendres recouvrant les routes peuvent entraîner une perte de traction. Si les routes sont mouillées, la cendre sèche se transforme en une boue très glissante. Les routes et les rues doivent être pellées comme si une neige qui ne fondait pas était tombée.
Couches de cendres aux Philippines: A) Section du pont sur la rivière Santo Tomas au nord de San Narciso, Zambales; 32 km à l'ouest-sud-ouest de vent. La couche A est constituée de 8 mm de cendres de la taille d'un sable; la couche B est constituée de 4 mm de cendre essentiellement fine. Noter la faible graduation normale de la couche C et les clastes grossiers dispersés à la surface du dépôt.
B) Dépôts de téphra sur une route non aménagée le long de la rivière Marella, à 10,5 km au sud-ouest de l'évent. La couche A, d’une épaisseur de 4 cm environ, est constituée de cendres grossières et de lapilli fin; la couche B est constituée de plusieurs couches minces de cendres; la couche C a une épaisseur de 33 cm et est la plus épaisse du gisement de chute de pierre ponce encore trouvée. Notez le classement normal dans son ensemble, mais la pierre ponce lapillus de 2 cm en haut à gauche. La couche D est constituée de deux lits de cendres fines de 3 à 4 cm d'épaisseur, séparés par un lit de cendres ponceuses retravaillées à l'eau.
C) Dépôts de téphra sur une route non aménagée à environ 9 km au sud-est de l’évent, du côté nord de la rivière Gumain. La couche B a une épaisseur de 23 cm et consiste en de nombreux lits de cendres classés; la couche C a une épaisseur de 31 cm et présente deux zones dans la partie inférieure avec de légers revêtements de cendre fine.
D) Section à l'embouchure du canyon de la rivière Pasig, à environ 15 km à l'est de l'évent. La couche B a une épaisseur de 10 cm et la couche C environ 18 cm; notez les zones riches en cendres qui se distinguent par une cohésion accrue. Images USGS par W.E. Scott et J.J. Majeur. Image plus grande.
Impact sur le transport aérien:
Les réacteurs modernes traitent d'énormes quantités d'air. Ils aspirent de l'air à l'avant du moteur et l'évacuent à l'arrière. Si les cendres volcaniques sont aspirées dans un moteur à réaction, elles peuvent être chauffées à des températures supérieures à la température de fusion des cendres. Les cendres peuvent fondre dans le moteur et le produit collant peut adhérer à l'intérieur du moteur. Cela limite le flux d'air dans le moteur et ajoute du poids à l'avion.
Les cendres volcaniques ont entraîné des pannes de moteur sur quelques avions. Heureusement, les pilotes ont pu atterrir en toute sécurité avec les moteurs restants. Aujourd'hui, les volcans sont surveillés pour détecter les signes d'éruption et les avions sont acheminés autour de zones pouvant contenir des cendres en suspension dans l'air.
Les cendres volcaniques en suspension dans l'air peuvent avoir un effet abrasif sur les avions qui les traversent à des centaines de kilomètres à l'heure. À ces vitesses, les particules de cendres impactant le pare-brise peuvent sabler la surface pour donner un fini givré qui obscurcit la vue du pilote. Le sablage permet également d'éliminer la peinture et les dépôts métalliques au nez et sur les bords d'attaque des ailes et des équipements de navigation.
Dans les aéroports, les pistes rencontrent les mêmes problèmes que sur les routes. Les marques sur les pistes peuvent être recouvertes de cendre. Les avions peuvent perdre de la traction à l'atterrissage et au décollage. Et, les cendres doivent être enlevées avant que les opérations ne reviennent à la normale.
L’Organisation de l’aviation civile internationale a reconnu la nécessité de tenir les pilotes et les contrôleurs de la circulation aérienne informés des risques volcaniques. Pour ce faire, ils ont travaillé avec des agences gouvernementales pour établir plusieurs centres de conseil sur les cendres volcaniques. Ces centres surveillent l'activité volcanique et signalent les panaches de cendres dans leur zone de surveillance.
Cendre volcanique: Vidéo USGS expliquant l'impact des cendres volcaniques sur le trafic aérien.
Impact sur les systèmes d'approvisionnement en eau:
Les systèmes d'approvisionnement en eau peuvent être affectés par les chutes de cendres. Lorsqu'une communauté utilise une source d'eau libre telle qu'une rivière, un réservoir ou un lac, les cendres tombées deviendront une matière en suspension dans la source d'eau qu'il faut filtrer avant de les utiliser. L'eau de traitement contenant des cendres abrasives en suspension peut endommager les pompes et les équipements de filtration.
Les cendres peuvent également causer des changements temporaires dans la chimie de l'eau. Les cendres au contact de l'eau peuvent abaisser le pH et augmenter la concentration en ions lessivés des cendres. Ceux-ci incluent: Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F et beaucoup d’autres.
Impact sur les systèmes de traitement des eaux usées:
Les cendres tombant dans les rues de la ville entreront immédiatement dans les égouts pluviaux. Si de l'eau d'égout chargée de cendres est traitée, les cendres en suspension peuvent surcharger l'équipement et les filtres et endommager les pompes et les vannes. Cela devient également un problème d'élimination. La boue ou la boue de cendre peut durcir pour devenir un matériau semblable au béton.
Planification des cendres volcaniques
Les communautés situées à proximité ou en aval de volcans susceptibles de produire des éruptions de cendres devraient prendre en compte l'impact potentiel des cendres volcaniques et prévoir des moyens de les gérer et de minimiser leur impact. Il est beaucoup plus facile de s’informer sur un problème et de prendre des mesures à l’avance que de faire face à un problème énorme sans avertissement.