CHAPITRE XIII

Définition de Peale. — Théories de Mackenzie, de Bischof, de Bunsen, de Comstock, de Baring Gould, de Peale. — Prétendue sympathie des geysers. — Conditions essentielles pour l'existence d'un geyser.

L'Islande, la terre classique des volcans d'eau chaude, nous a donné le nom par lequel nous les désignons. C'est un vieux mot islandais qui signifie « jaillir ». D'après la définition du professeur Peale, un geyser est une source chaude intermittente ou à éruptions périodiques, qui projette dans l'air une colonne d'eau. Maintes théories ont été proposées pour en expliquer le mécanisme. Nous les résumerons d'après l'exposé qu'en a fait M. le professeur Peale dans une récente publication du Service géologique des États-Unis \

1. Twelfth Annual Report ofthp United States Geological and Geographiral Siirvei/ of the Teirifories, for t/ie year Ifi78. By

La plus ancienne théorie est celle de sir George Mackenzie, qui visita l'Islande en 1810. Elle suppose l'existence d'un tube débouchant par le haut dans le bassin et communiquant par le bas avec une chambre souterraine où les eaux d'origine météorique se rendraient par des fissures.

Les parois de cette cavité sont chauffées par quelque foyer d'activité volcanique voisin, et aussi par les vapeurs qu'y amènent les fissures s'ouvrant au fond de la caverne. Ces vapeurs, dont la température est excessivement élevée, portent au point d'ébullition les eaux de la cavité; l'espace compris entre la nappe d'eau et la voiite est rempli de vapeurs soumises à une haute pression : cette pression soutient la colonne d'eau à une certaine hauteur dans le tube et dans le bassin; mais, si un excès de chaleur vient à se produire subitement, les vapeurs s'accumuleront dans la caverne jusqu'au moment où leur force expansive expulsera les eaux et les forcera à s'échapper par le tube : c'est alors que se produira l'éruption. Les secousses du sol et les bruits souterrains sont produits par les évo-

F.-V. Hayden. Section IL The Thermal Spriiigs of Yellowstone National Park. By A.-C. Peale, M. D. Washington, 188a.

lulions de la vapeur dans la caverne causées par les soudaines élévations de température.

Mackenzie reconnaît que sa théorie n'explique que partiellement les phénomènes ; Bunsen pense qu'elle peut suffire à expliquer le régime du Petit-Geyser, mais non celui du Grand- Geyser.

Dans ses Rechercher sf/r la chaleur intérieure (lu globe, Bischof adopte la théorie de Krug Von Nidda, qui offre beaucoup d'analogie avec celle de Mackenzie. Elle considère comme un fait avéré que les sources thermales empruntent leur température aux vapeurs d'eau qui se dégagent des régions souterraines. Si ces vapeurs peuvent s'élever librement, la température de l'eau, aux différentes profondeurs, sera égale à celle marquée par le point d'ébullition sous la pression existant aux profondeurs respectives ; de cette façon s'explique la constante ébullition des sources permanentes, ainsi que leur température, qui est celle de l'eau bouillante. Mais si la disposition compliquée des conduits empêche les vapeurs de s'élever jusqu'à la surface, si par exemple des cavernes les retiennent en chemin, la température des couches d'eau supérieures s'al)aissera nécessairement, parce

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que révaporalion qui se produit à la surface absorbera une grande partie de la cbaleur qui ne pourra être renouvelée. Les sinuosités et l'étroitesse des conduits semblent opposer un grand obstacle à la circulation des coucbes d'eau, dont le poids spécifique varie suivant la température. La cause des sources intermittentes de l'Islande se trouve probablement dans l'existence de cavernes où les vapeurs sont emprisonnées par la pression de la colonne d'eau qui emplit le canal supérieur. Les vapeurs, en s'accumulant, compriment les eaux de la caverne et, par suite de leur force élastique, finissent par s'ourvri un passage à travers la colonne d'eau. Ce sont elles qui, en se dégageant violemment, causent les bruits souterrains et les tremblements de terre qui précèdent les éruptions. Les vapeurs n'apparaissent à la surface que lorsqu'elles ont communiqué leur température aux couches d'eau. Dès qu'elles se seront échappées en quantité suffisante pour que la force expansive des vapeurs emprisonnées ne soit plus capable de triompher de la pression de la colonne d'eau, l'ordre sera rétabli, et l'équilibre subsistera jusqu'à ce que l'accumulation des vapeurs détermine une nouvelle explosion. Les éruptions se

reproduiront ainsi périodiquement, suivant les dimensions de la caverne, la hauteur de la colonne d'eau et le degré de chaleur des régions souterraines.

D'après la théorie du célèbre chimiste Bunsen, le mécanisme des geysers se trouve tout uniment dans un système de dépôts siliceux qui, en s'accumulant, édifient à la longue un tube d'une grande profondeur, en forme de cheminée. Une source dont les eaux ne sont pas alcalines restera une simple fontaine thermale, sans pouvoir jamais aspirer à s'élever au rang de geyser; mais, si ses eaux sont alcalines, elle contiendra de la silice en dissolution et la déposera sur ses bords : peu à peu les dépôts s'élèveront en forme de tube. Tant que la circulation des couches d'eau maintiendra dans toutes les parties du tube une température à peu près ég^ale, la source n'aura pas d'éruptions bien violentes. Mais lorsque le tube s'approfondira, et que la circulation sera entravée, il se produira une différence de température de plus en plus notable entre les eaux profondes et les eaux superficielles, si bien qu'à la surface les eaux seront relativement froides, tandis qu'au fond elles atteindront le point d'ébuUition. Alors le développement sou-

dain de grandes masses de vapeur produit par réchauffement extraordinaire de la colonne d'eau dans le bas du tube déterminera l'explosion, qui se reproduira par intermittences pendant une période d'un grand nombre d'années; les éruptions ne cesseront que lorsque la longueur toujours croissante du tube mettra obstacle à la formation des vapeurs K

Bunsen pose les trois principes suivants :

1« La température, dans le tube d'un geyser, s'élève porportionnellement à la profondeur.

2° Nulle part les eaux n'atteignent, dans le tube, le point d'ébullition qu'elles devraient atteindre sous la pression à laquelle elles sont soumises, mais la température dépend du temps qui s'est écoulé depuis la dernière éruption. A l'approche d'une grande éruption, elle est voisine du point d'ébullition.

3° C'est à une profondeur d'environ 14 mètres que se trouve le point où la température de Feau diffère le moins du point d'ébullition calculé pour la pression.

Le professeur Mliller, de Fribourg, est par-

1. J'ai donné d'amples détails sur la formation des tubes geysériens dans la relation de mon voyage en Islande. La Terre de Glace ^ p. 166 et suivantes. Paris, 1883.

venu à démontrer la théorie de Bunsen en construisant un geyser artificiel.

Le professeur américain Comstock, qui accompagna en 1873 l'expédition du capitaine Joncs à la Yellowstone, pense que la théorie de Bunsen n'explique pas entièrement les phénomènes geysériens; dans son opinion elle n'explique pas non plus toutes les différences entre les geysers et les sources chaudes; l'hypothèse qu'il propose est une combinaison des théories de Bischof et de Bunsen. Il imagine une chambre souterraine «f contenant de l'eau. Sous l'influence de la chaleur constamment engendrée dans les régions inférieures, la portion vide de la caverne finit par se remplir de vapeurs ; insensiblement le passage sinueux b s'échauffe, et des vapeurs se développent également en o. Bientôt la force d'expansion en c triomphe de la pression combinée de l'eau et de la vapeur en b et en o : la vapeur expulsée entraine avec elle une portion des eaux du réservoir d. Un vide se produit en c par suite de la retraite de la colonne d'eau en d^ et les mêmes phénomènes se reproduisent indéfiniment. Le passage b peut servir de réservoir au surplus des eaux qui retombent dans le bassin.

Suivant Baring Gould, un tube recourbé suffit

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à expliquer l'action du Grand-Geyser d'Islande. Pour démontrer sa théorie, il courbe à l'angle de 110" un tube en fer, de telle façon que l'une des branches n'ait que la moitié de la longueur de l'autre. Il remplit d'eau le tube et en place

la petite branche dans le feu. D'abord la surface du liquide reste calme; mais bientôt le tube se met à trembler; l'eau déborde lég-ërement, sans aucun signe d'ébullition, puis tout à coup la colonne liquide est projetée en l'air. Au moyen d'un tube dont la branche longue mesurait deux pieds et le calibre trois huitièmes de pouce, il provoqua un jet qui s'éleva à une liauteur de dix-huit pieds. La vapeur est engendrée dans la

pelilc }3raiiclie : elle comprime Teau, qu'elle fait déborder, et, quand les bulles de vapeur tournent l'angle, elles chassent avec une incroyable violence la colonne d'eau de la branche longue.

De toutes ces théories, aucune peut-être ne suffit à expliquer tous les phénomènes geysériens. Selon le professeur Peale, la théorie de Bunsen est la plus rationnelle : appliquée aux geysers de la plus simple structure, elle est satisfaisante. Toute théorie complète doit tenir compte des variations et des modifications qui peuvent se présenter dans la disposition des tubes geysériens et des canaux souterrains. Nous pouvons bien voir ce qui se passe à la surface, mais les expériences ne peuvent opérer qu'à une très minime profondeur. Les données nous manquent donc, et M. Peale propose d'y suppléer par les moyens qui sont en notre pouvoir, c'està-dire de construire des geysers artificiels et de faire différentes modifications dans la forme des tubes, jusqu'à ce que nous arrivions à des résultats analogues à ceux que l'on observe dans les geysers naturels.

« Si nous chauffons rapidenient de l'eau, dit M. Peale, dans le fond d'un tube de verre, elle en sera expulsée violemment; si nous la chauf-

fons dans une bouilloire munie d'un couvercle et d'un bec, ou bien le couvercle sautera en Fair, ou bien l'eau jaillira par le bec. Dans le premier cas, nous voyons confirmée, au moins partiellement, la tbéorie de Bunsen; dans le second cas, nous trouvons la démonstration de celles qui présupposent l'existence de cavités souterraines et de tubes. Suivant Bunsen, il faut supposer que la couche rocheuse s'étendant jusqu'à 75 ou 77 pieds au-dessous de la surface possède une température suffisamment élevée pour causer les phénomènes geysériens, ou bien que le tube du geyser communique, soit par le fond, soit latéralement, avec quelque canal qui donne accès à de la vapeur et à de l'eau surchauffées provenant d'une profondeur beaucoup plus considérable, où la température est très élevée. A ces profondeurs il existe probablement des cavernes. L'auteur de Frost and Pire assure que dans le tube du Grand-Geyser d'Islande, à une profondeur de 45 pieds, il y a une saillie qui fut découverte pour la première fois par M. Bryson, d'Edimbourg. De dessous cette saillie s'élèvent des bulles de vapeur : un thermomètre plongé à quelques pieds plus bas fut soulevé et chassé violemment, et, quand on le ramena à la surface.

on constata qn'il élait brisé. Il faut on conclure que de la vapeur ou de Feau chaude, ou de la vapeur et de Feau tout à la fois, pénètrent latéralement dans le tube au-dessous de cette saillie, car, lorsque le thermomètre fut plongé plus avant, il demeura tranquille. C'est de cette façon qu'on peut expliquer que le thermomètre de Bunsen ne bougea point au fond du geyser pendant une grande éruption. Dans le tube du Strokkr s'ouvrent des orifices latéraux, d'où l'on peut voir s'échapper de l'eau et de la vapeur lorsque le tube est vide. Comme le Grand-Geyser est ordinairement rempli d'eau, il est difficile d'en examiner la structure intérieure; mais on peut présumer qu'il consiste, comme le Strokkr, en un tube muni d'un ou plusieurs conduits qui mènent à des cavités souterraines. L'existence de semblables cavités est plus que probable. Dans mon opinion, tous les geysers sont dus originairement à une violente explosion de vapeur et d'eau : dans de telles conditions il se formera plus vraisemblablement des cavités irrégulières que des tubes réguliers. On peut simuler sur une petite échelle les phénomènes geysériens dépendant d'un certain arrangement de cavités et de tubes, en chauffant simultanément,

dans une poêle à frire, de l'eau et du plâtre de Paris. On trouvera les détails de cette expérience dans Frost and Fire.

« Il suit de ce qui précède qu'une des conclusions de Bunsen doit être légèrement modifiée. D'après son principe, en aucun point du tube les eaux n'atteignent le point d'ébullition qu'elles devraient atteindre sous la pression à laquelle elles sont soumises. Il peut en être ainsi dans le tube droit où Bunsen prit ses températures; mais, s'il avait pu les prendre dans des conduits latéraux, je ne doute pas qu'il n'eût bientôt trouvé un point où la température eut atteint et même dépassé le point d'ébullition correspondant à cette profondeur. Dans le Parc de la Yellowstone, nous avons observé un grand nombre de températures dépassant à la no'face le point d'ébullition. En somme, j'incline à accepter la théorie de Bunsen, d'autant plus qu'elle me paraît supposer des cavités souterraines auxquelles l'eau doit emprunter sa chaleur. Que ces cavités soient des cavernes, des tubes élargis ou des canaux à sinuosités, peu importe, sauf que la périodicité du phénomène pourrait être affectée par la forme du réservoir. »

Presque tous ceux qui ont observé les geysers

du Parc National de la Ycllowstono ont cru voir chez beaucoup d'entre eux une action sympathique. Dans l'opinion du professeur Pcale, cette sympathie n'est qu'apparente, et la simultanéité d'action n'est qu'une coïncidence, car certains geysers se sont comportés pour lui tout autrement que pour d'autres voyageurs. Il reconnaît d'ailleurs qu'il faudra de plus nombreuses observations pour élucider le point de savoir si des geysers voisins ont des sympathies entre eux. La même incertitude sous ce rapport règne quant aux geysers d'Islande : certains observateurs les regardent comme absolument indépendants les uns des autres, tandis que d'autres trouvent entre eux des relations. M. Peale admet qu'il peut y avoir une connexité souterraine dans l'approvisionnement d'eau, mais il regarde comme peu probable que l'action d'un geyser puisse dépendre de celle de son voisin. Ilorrebow a spirituellement démontré cette prétendue sympathie par l'expérience suivante : mettez en bouteille l'eau du Grand-Geyser d'Islande; chaque fois que le geyser aura une éruption, l'eau s'agitera dans la [bouteille et fera sauter le bouchon.

Yoici, en résumé, d'après M. Peale, les trois

conditions essenticllos pour rexistonce d'un geyser :

1*' La présence de roches ignées qui conservent encore leur haute température à une distance considérable de la surface du sol;

2° La présence d'eaux météoriques qui, conduites dans le voisinage des roches brûlantes, s'échauffent à leur contact et se convertissent partiellement en vapeurs ;

3° Un tube par lequel cette eau surchauffée peut apparaître à la surface du ^ol sous forme de gevser.