Le moment le plus violent de l’éruption du volcan Calbuco au Chili. Crédit : Francisco Negroni
Vous avez sans doute déjà regardé par la fenêtre pour vous émerveiller devant un orage dans toute sa gloire. Les orages sont certainement un spectacle à voir, mais une autre forme de foudre, beaucoup moins courante, est encore plus spectaculaire. Comme son nom l’indique, la foudre volcanique est un orage électrique qui se produit lors d’une éruption volcanique. La science qui explique ce phénomène est plus complexe que celle d’un orage ordinaire.
Qu’est-ce que la foudre volcanique ?
La foudre volcanique se produit dans le panache d’une éruption volcanique. Comme tous les orages, la foudre volcanique se produit lorsque de l’électricité statique s’accumule dans l’atmosphère avant d’être libérée sous la forme d’un éclair. Cependant, l’accumulation d’électricité statique n’est pas aussi simple que celle d’un orage typique. Bien que le mécanisme complet ne soit pas encore totalement compris, la recherche montre que certains phénomènes contribuent à la charge.
Foudre volcanique. Crédit : Daniel Basualto
Chargement de la glace
La charge de glace est le principal mécanisme par lequel les orages réguliers se forment. Elle joue également un rôle dans les éclairs volcaniques, en particulier ceux dont le panache s’élève haut dans l’air.[1] Lorsque l’air chaud de l’éruption s’élève dans le ciel, il rencontre de l’air plus froid dans l’atmosphère. L’eau du panache gèle en particules de glace qui entrent en collision les unes avec les autres, arrachant des électrons aux cristaux. Ces ions de glace chargés positivement continuent de s’élever et se rassemblent plus haut dans l’atmosphère.
Charge par friction
La charge par friction, également connue sous le nom de charge triboélectrique, est également considérée comme un mécanisme crucial à l’origine des éclairs volcaniques.[2] De la même manière que la charge de glace se produit en raison de la collision des particules de glace, les fragments de roche et les cendres entrent en collision et créent des ions chargés. Les courants classiques qui provoquent l’élévation du panache séparent ensuite cette charge en différentes régions.
Fractoémission
La fractoémission est similaire à la charge par friction, c’est-à-dire la rupture des particules de roche dans le panache. Lorsque la roche se brise, il est possible que des particules chargées se forment, formant une accumulation de charge statique.[3] Cet effet se produit principalement à haute énergie, ce qui fait que la charge se concentre plus près de l’évent du volcan.
Charge radioactive
Les radio-isotopes naturels présents dans la roche peuvent influencer l’accumulation de la charge. Des études ont montré que les particules de cendres ont une radioactivité naturelle supérieure au niveau habituel, et que des zones chargées peuvent se former lorsqu’elles se désintègrent.[4] L’importance de la charge radioactive sur les éclairs volcaniques est inconnue, bien qu’elle puisse être un facteur important dans certains cas.
Hauteur du panache
Bien qu’il ne s’agisse pas d’un mécanisme à part entière, la hauteur du panache peut avoir un impact significatif sur l’apparition de la foudre.[5] Lorsqu’une éruption produit un grand panache de cendres (plus de 7 km), la concentration de vapeur d’eau est plus élevée. Avec plus d’eau présente et des températures ambiantes plus froides à cette hauteur, il y a probablement plus de charge de glace et plus d’activité électrique. Pour les panaches plus petits, la suggestion est que la plupart de l’accumulation électrique provient de la fractoémission près de l’évent, réduisant les chances d’une frappe.
Bien que la science derrière la foudre volcanique ne soit pas complète, de nombreux facteurs sont connus pour jouer un rôle. Des recherches supplémentaires devraient permettre de mieux comprendre ce qui se passe lors d’un impact. Mais quel que soit le mécanisme, il ne fait aucun doute qu’il s’agit d’un événement spectaculaire !
Références :
- “Mécanisme de charge de la foudre volcanique révélé pendant l’éruption 2010 de l’Eyjafjallajökull” par Pordur Arason, Alec J. Bennett et Laura E. Burgin, 14 décembre 2011, Journal of Geophysical Research : Solid Earth.
DOI : 10.1029/2011JB008651 - “Electrification des panaches volcaniques” par T. A. Mather et R. G. Harrison, 20 juillet 2006, Surveys in Geophysics (en anglais).
DOI : 10.1007/s10712-006-9007-2 - “Électrification des panaches volcaniques : Experimental investigation of a fracture-charging mechanism” par M. R. James, S. J. Lane et J. S. Gilbert, 10 juillet 2000, Journal of Geophysical Research : Solid Earth.
DOI : 10.1029/2000JB900068 - ” Charge électrique des cendres volcaniques ” par Karen Aplin, Isobel Houghton, Keri Nicoll, Michael Humphries et Alex Tong, 2014, Proc. Réunion annuelle de l’ESA sur l’électrostatique 2014.
PDF - “La foudre volcanique : observations globales etconstraints on source mechanisms” par Stephen R. McNutt et Earle R. Williams, 5 août 2010, Bulletin de Volcanologie.
DOI : 10.1007/s00445-010-0393-4
