THÉORIE DES VOLCANS. HYPOTHÈSES ANCIENNES ET MODERNES

Nous ne pouvons avoir la prétention, dans un ouvrage purement descriptif et d'ailleurs aussi élémentaire que celui-ci, d'exposer une théorie complète des phénomènes volcaniques. Indépendamment des raisons qui nous défendent d'entrer dans les développements nécessaires, il y en a une décisive, à savoir que les savants compélents, géologues et physiciens, ne sont

pas encore d'accord sur ce point important de physique du globe.

Une théorie des volcans, pour embrasser et expliquer tous les phénomènes, aurait à résoudre bien des questions, obscures encore dans l'état actuel de la science. 11 paraît bien évident, au premier abord, qu'il est une cause générale de tous les phénomènes en question, et que cette cause est la température plus ou moins élevée des couches profondes du globe. Cette température que nous avons vue croître plus ou moins régulièrement à mesure que l'on s'enfonce dans l'épaisseur de l'écorce solide, mais qui est encore relativement assez faible dans les mines les plus profondes explorées par les travaux humains, paraît atteindre un très haut degré dans les régions dites volcaniques, puisqu'on voit sortir des cratères des volcans, ou des fissures de leurs cônes, de la lave dont la chaleur dépasse celle de la fusion du cuivre. Il y a là un fait expérimental irrécusable. Les vapeurs, les gaz emprisonnés dans les interstices moléculaires de cette lave, s'y trouvent également portés à une température très élevée, que la pression augmente sans doute à mesure que la profondeur va elle-même en croissant.

Mais, ce point admis , il se présente aussitôt une série de questions dont les unes semblent parfaitement résolues, dont les autres, au contraire, restent soumises aux hypothèses les plus diverses, et ont soulevé ou soulèvent encore les controverses des savants compétents.

On se demande tout d'abord de quelles profondeurs proviennent les produits incandescents des déjections volcaniques. Il paraît probable que ces profondeurs peuvent atteindre un nombre de kilomètres assez grand, et que les cheminées, dont les cratères de certains volcans sont l'orifice, ont une longueur incomparablement plus considérable que les dimensions des cônes eux-mêmes. Mais jusqu'à quelles limites existent les couches des matières rendues fluides par l'élévation de la température interne? Forment-elles des dépôts isolés, locaux, n'existant que dans le voisinage des volcans et au-dessous des

régions où nous avons vu que s'exerce particulièrement l'activité éruptive dans ses diverses phases? Ou, au contraire, les laves qui s'écoulent dans les paroxysmes volcaniques, ne sontelles qu'une portion d'une masse incandescente constituant le noyau terrestre tout entier, ou bien une couche universellement répandue, mais limitée en épaisseur, de ce même noyau?

Ces diverses questions en appellent d'autres, d'un autre ordre, relatives à l'origine de la chaleur qui maintient les matières en question à l'état incandescent et fluide. Les Anciens croyaient à l'existence, dans l'intérieur de la Terre, de foyers embrasés pareils à nos foyers terrestres. Symbolisant cette manière naïve de voir les choses, ils faisaient de l'Etna, de ses cavernes supposées, le séjour des Cyclopes, ces forgerons de Vulcain ; c'est sous le poids de ses assises que gémissait Typhon, le vaincu de Jupiter, et les tremblements de terre n'étaient autre chose que l'effet des secousses du géant, que ses efforts pour soulever la masse dont l'avait accablé la colère des Dieux.

A la fin du dix-huitième siècle, l'école géologique de Werner expliquait encore l'incandescence des laves comme les Anciens, puisqu'elle admettait d'immenses incendies souterrains de houilles, de lignites, de matières sulfureuses et bitumineuses. Davy, entre autres objections à l'hypothèse de Werner, fit remarquer que la combustion sous terre d'une couche de houille, si considérable qu'on la suppose, ne saurait donner une violente chaleur; en l'absence d'une libre circulation de l'air, l'acide carbonique qui se forme doit tendre à empêcher le développement de la combustion. L'observation démontre l'exactitude de ce raisonnement. On voit assez souvent dans les mines des incendies de couches de houille ; il en résulte, ajoute Davy, « de l'argile et des schistes cuits et jamais rien de semblable à la lave ». On avait déjà, un siècle plutôt, invoqué les réactions chimiques pour expliquer les éruptions volcaniques. Tout le monde connaît l'expérience du volcan de Lémery, qui consiste à recouvrir d'une légère couche de terre un mélange humide de fleur de soufre et de limaille de fer. Au

bout d'un certain temps la terre se gonfle, se couvre de crevasses, et il s'échappe du mélange d'abondantes vapeurs sulfurées. La chaleur dégagée parla combinaison chimique détermine enfin l'incandescence de la matière ainsi disposée. C'est ainsi que le savant chimiste prétendait rendre compte, en petit, des éruptions volcaniques. Les réactions chimiques de cette expérience consistent dans un dégagement d'hydrogène et d'acide suif hydrique, et donnent principalement pour résidu du sulfate de fer. L'absence de ce dernier composé, l'extrême rareté des gaz hydrogène et sulfhydrique dans les déjections volcaniques, et d'autres raisons encore, firent rejeter la théorie de Lémery, qui était encore à peu près universellement, adoptée à la fin du siècle dernier.

Gay-Lussac proposa une autre explication de la chaleur nécessaire aux phénomènes volcaniques. L'illustre physicien et chimiste pensait qu'elle pouvait résulter de l'action de l'eau des infiltrations sur des masses de chlorure, de silicium et d'aluminium. Les produits de la réaction, acide chlorhydrique, silice, alumine sont en effet de ceux que fournissent les laves et les émanations des éruptions. « Cette hypothèse, dit à ce sujet M. Fouqué, semble donc concorder avec les faits, bien mieux que les précédentes. Cependant il n'en est rien. Et d'abord Gay-Lussac a remarqué lui-même que la quantité d'acide chlorhydrique dégagée dans un volcan n'est nullement en rapport avec l'intensité des phénomènes éruptifs. Ensuite il serait bien difficile d'expliquer comment une substance aussi volatile que le chlorure de silicium pourrait se trouver renfermée dans le sein de la terre; et enfin, quand on calcule la quantité mini ma de ce corps qui aurait dû intervenir pour produire les phénomènes calorifiques et mécaniques d'une éruption, comme celle de 1865 à l'Etna, on arrive à trouver un nombre tellement considérable, qu'il est impossible de supposer dans l'intérieur du sol un amas pareil d'une substance qui jusqu'à présent a été exclusivement un produit de laboratoire1. »

1. Rapport sur les phénomènes chimiques de l'éruption de l'Etna en 1865.

L'illustre Davy fut aussi de ceux qui attribuaient aux actions chimiques la température élevée des laves. Il admettait que celte température provenait de l'action de l'eau sur le potassium contenu à l'intérieur des couches terrestres. L'eau était décomposée par ce métal, sur lequel se portait l'oxygène; de là une vive chaleur, qui enflammait l'hydrogène mis en liberté. Mais cette hypothèse fut bientôt abandonnée comme celle de Lémery, comme fut aussi celle de Gay-Lussac, ne fût-ce que par la difficulté où l'on se trouvait, en l'admettant, de supposer l'existence de masses de potassium suffisantes pour donner naissance aux immenses coulées de laves que l'on sait. La rareté de la présence de l'hydrogène dans les éruptions et émanations volcaniques contribua également à faire rejeter ces vues du savant anglais1.

Restent en présence les trois hypothèses qui partagent aujourd'hui les géologues : celle d'un noyau terrestre conservant encore maintenant son incandescence et sa fluidité primitives ; l'hypothèse d'une couche fluide continue d'une certaine épaisseur, entre le noyau terrestre etl'écorce, solides tous deux; ou enfin, celle de lacs isolés de laves existant au-dessous des régions où règne l'activité volcanique.

Quelle que soit celle de ces solutions qu'on adopte, il faudra se demander quelle est la cause de la formation des cônes et des cratères des volcans, et celle des éruptions qui s'y produisent dans la suite du temps. On admet généralement que l'agent physique qui détermine la formation d'un cratère aussi bien que l'éruption d'un cratère formé, n'est autre chose que la force expansive des vapeurs et des gaz, force qui s'accroît en raison de la température et de la pression et aussi en raison de l'accumulation des matières aériformes à l'intérieur des cavités souterraines. Mais comment agit cette force sur les couches

1. « L'hypothèse de Davy, dit M. Fouqué, est la dernière hypothèse sérieuse qui ait été proposée et soutenue pour expliquer les phénomènes volcaniques sans l'intervention du icu central. Or nous voyons qu'elle ne soutient pas un examen attentif; elle doit donc être abandonnée, et avec elle doit tomber toute idée d'expliquer les phénomènes éruptifs à l'aide des actions chimiques. » (Rapport cité.)

dont elle doit vaincre le poids? A cette question, il a été répondu de deux manières différentes par deux écoles de géologues ayant, en général, des principes opposés en ce qui regarde les formations terrestres. Les uns, avec Léopold de Buch, Humboldt, Elie de Beaumont, regardent les grandes montagnes cratériformes, telles que l'Etna, comme formées à l'origine par une poussée verticale, de bas en haut, du noyau fluide intérieur ou de la force élastique des gaz internes sur des couches primitivement horizontales. Quand cette poussée est devenue assez énergique pour surmonter la pression due au poids des couches surincombantes, ces couches cèdent peu à peu : il se forme d'abord au point de moindre résistance un soulèvement en forme de cloche ou d'ampoule. Puis, l'élasticité du terrain étant elle-même dépassée, il se forme une déchirure au centre de l'ampoule. C'est l'ouverture ou cratère du volcan, dont le cône est formé par les parois soulevées et inclinées partout du même angle.

L'école opposée, qui comprend des savants tels que Constant Prévost, Lyell, Poulett-Scrope, attribue une autre cause à la formation des cônes et de leurs cratères. C'est toujours, il est vrai, la pression des masses fluides internes agissant sur les couches supérieures qui détermine dans celles-ci la production de fissures, par où les matières incandescentes injectées forment ces dykes qu'on observe dans les roches d'origine plutonique. Mais les cônes ne sont plus produits par voie de soulèvement ; l'accumulation des matières éjectées suffit. Lorsque la pression est suffisante pour que la fissure arrive jusqu'à la surface, la lave s'élève jusqu'au contact de l'atmosphère ; alors les bulles de vapeur qu'elle renfermait et dont une pression énorme empêchait le développement et l'expansion, devenues libres, éclatent avec une énergie proportionnée à leur tension, élargissent la fissure et lui donnent la forme des orifices volcaniques. L'éruption une fois commencée, les fragments de laves rejetés au dehors par l'explosion, scories, cendres, bombes, s'accumulent extérieurement au dehors et élèvent peu à

peu le cône extérieur du volcan. On a déjà vu comment, après une éruption, les laves consolidées et refroidies bouchent l'ouverture extérieure du cratère, jusqu'à ce qu'une éruption nouvelle, d'autant plus violente que l'obturation a été plus longue et plus complète, fasse sauter à nouveau le sommet de l'édifice, élargissant le plus souvent son cratère et quelquefois le détruisant entièrement.

Ce mode de formation des cônes volcaniques par l'accumulation des matériaux projetés dans les éruptions successives est admis par tout le monde pour les cônes adventifs ou secondaires, tels qu'on les voit se former plus ou moins nombreux sur les flancs du cratère primitif. Les derniers géologues que nous venons de citer pensaient qu'il en est ainsi pour tous les volcans, pour les plus grands cônes comme pour les moindres, tandis que Léopold de Buch et ses partisans considéraient les volcans principaux comme formés par voie de soulèvement, n'attribuant qu'une importance tout à fait secondaire aux matériaux rejetés par les éruptions dans la formation de la montagne volcanique. Ces matériaux n'étaient pour ainsi dire, selon eux, que la couverture d'une charpente antérieure aux éruptions.

Quoi qu'il en soit de cette divergence de vues, que l'une des théories soit vraie à l'exclusion de l'autre, ou qu'il soit plus conforme à la vérité de les regarder comme partiellement vraies toutes deux, elles ont néanmoins un point commun, étant fondées l'une et l'autre sur l'existence de masses de laves rendues incandescentes par une haute température. Ce point admis, il reste encore à rendre compte de la distribution géographique des volcans actifs, à expliquer la situation du plus grand nombre d'entre eux à une faible distance des côtes, le long des grandes lignes de fracture, ou dans le voisinage des centres de dépression du globe, et enfin l'absence, sinon absolue, du moins générale des volcans à l'intérieur des masses continentales.

C'est sans doute cette distribution fort inégale des volcans en activité qui a fait surgir l'hypothèse de l'existence de lacs

de lave, ça et là dispersés et situés au-dessous des régions volcaniques, et rejeter celle d'un noyau terrestre entièrement fluide ou même celle d'une couche semblable d'épaisseur limitée, mais continue. En môme temps, on expliquait par l'infiltration des eaux de la mer, non seulement la production de masses de vapeur d'eau que vomissent les cratères, mais aussi l'état de fusion aqueuse des laves dont la haute température était encore accrue par les réactions chimiques que provoquaient ces infiltrations.

L'influence des eaux de la mer sur les phénomènes volcaniques ne paraît pas douteuse. L'analyse chimique des déjections volcaniques, soit qu'elles proviennent des éruptions proprement dites, comme les laves, soit qu'elles sortent à l'état de vapeurs et de gaz dans les phases d'activité solfalarienne, a montré que toutes les substances qu'elles renferment existent aussi et à peu près en même proportion dans les eaux de l'Océan. Les multiples combinaisons qui se forment aux diverses phases, au sein des laves fluides à des températures décroissantes, les gaz qu'on trouve dans les fumerolles, les dépôts cristallins qn'on recueille sur les roches voisines, s'expliquent parfaitement, étant donnée la composition de l'eau de mer, par l'action de la température sur ces substances ou par leurs réactions mutuelles1. L'analyse des gaz et des émanations gazeuses des volcans, dont nous avons essayé de donner plus haut une idée sommaire, a fourni le plus haut degré de probabilité à cette partie de la théorie des phénomènes volcaniques qui voit dans les infiltrations des eaux de l'Océan arrivant au contact des couches terrestres fluidifiées par une température excessive la cause principale des éruptions.

1. Nous renvoyons le lecteur, pour la démonstration détaillée de cette thèse, au savant rapport de M. Fouqué sur les Phénomènes chimiques de V éruption de l'Etna en 1865. L'auteur y montre comment le plus grand nombre des substances trouvées dans les produits volatils des laves ou dans les fumerolles sont celles que contient l'eau de mer, h peu de chose près dans les mêmes proportions; que, s'il existe dans cette eau plusieurs sels qu'on ne rencontre pas dans les émanations volcaniques ou réciproquement, la cause de ces anomalies apparentes tient aux circonstances particulières et aux réactions provoquées, et enfin que, bien loin d'cbranler la théorie, ces anomalies ne font que l'affermir.

Mais comment ces infiltrations ont-elles lieu, quelles circonstances les rendent possibles, et pour quelles raisons affectentelles de préférence les régions où nous avons vu se grouper les centres d'activité volcanique? Les savants qui admettent la

Fig. 225. — Plissements des couches de l'écorce terrestre dus à la contraction.

théorie que nous exposons maintenant, répondent que les infiltrations des eaux de la mer peuvent avoir lieu, soit par des fissures du sol, soit par pénétration lente au travers de roches poreuses. Il est à remarquer que les couches du sol voisines des

Fig. 226. — Fracture des couches aux points de inoindre résistance ; origine des volcans

terrestres et sous-marins.

foyers volcaniques ont toutes été, à des époques plus ou moins anciennes, le siège de cataclysmes géologiques. De là des bouleversements, des dislocations, des fissures de l'écorce terrestre qui rendent facile à comprendre la possibilité des infiltrations, surtout si l'on se rappelle la proximité des volcans actifs des

côtes de l'Océan. Dans des régions ainsi bouleversées, les canaux d'infiltration, quand l'eau les a parcourus et s'est introduite jusqu'à la couche incandescente et fluide, peuvent s'obstruer aisément, ce qui explique l'intermittence des éruptions. Si, au contraire, cette introduction se fait sans difficulté et d'une façon à peu près continue, les éruptions plus ou moins fréquentes ont une certaine périodicité, comme on le voit dans les volcans à activité strombolique.

Avant qu'on ne reconnût la possibilité et même la nécessité de l'intervention de l'eau de la mer dans les phénomènes volcaniques, les géologues qui admettaient l'existence d'un noyau incandescent et fluide, avaient recours, pour l'explication des éruptions, à diverses hypothèses, aujourd'hui abandonnées en tout ou en partie.

Les plissements de l'écorce de la matière du globe dus à la contraction refroidie et solidifiée devaient produire, selon les uns, une pression sur le noyau fluide et par suite une ascension de la lave dans les cheminées volcaniques formées par soulèvement. Cordier, qui admettait cette hypothèse, avait calculé qu'une contraction du noyau de ± millimètre suffirait à l'émission de la quantité de lave vomie dans l'éruption la plus forte qu'on eût observé à la surface de la Terre, et qu'ainsi une diminution d'un millimètre dans le rayon terrestre pourrait produire cinq cents des éruptions les plus violentes. Mais quelle est la vitesse de ce refroidissement, quelle est la valeur de la contraction du noyau terrestre? On l'ignore. D'ailleurs, objection capitale, pourquoi les éruptions, effets de cette contraction continue, ne sont-elles pas continues comme elles, et simultanées dans tous les cratères non obstrués ?

On a invoqué l'action de l'attraction de la Lune et du Soleil sur l'océan fluide intérieur. Les éruptions, d'après M. Perrey, qui explique de la même façon les tremblements de terre, sont dues au soulèvement de la marée lavique luni-solaire. S'il en était ainsi, on devrait observer des recrudescences périodiques dans l'activité des cratères, et les éruptions les plus violentes

devraient coïncider avec les marées des syzygies. M. Fouqué, en discutant cette hypothèse, admet la réalité de l'attraction lmn-solaire sur le fluide intérieur, mais, pour diverses raisons, n'y peut voir la cause véritable des éruptions; il croit seulement qu'elle peut les déterminer, lorsque tout se trouve prêt pour leur production. « Quand l'écorce terrrestre, dit-il, est sur le point de se rompre sous l'influence des effets intérieurs exercés contre elle, l'impulsion d'une marée souterraine, quelque faible qu'elle soit, peut suffire pour amener la formation d'une fissure, par laquelle se fait l'écoulement des laves et des autres matières rejetées ordinairement dans le cours d'une éruption. »

On a invoqué, contre l'hypothèse d'un noyau terrestre entièrement fluide et incandescent, des raisons de divers ordres que nous ne rapporterons point ici. Il n'est pas nécessaire en effet, pour la théorie des phénomènes volcaniques, d'admettre cette hypothèse intégralement. 11 suffit de supposer qu'à une profondeur convenable il existe une couche fluide d'une épaisseur quelconque, comprise entre l'écorce et le noyau. Il est seulement extrêmement probable, selon nous, que cette couche existe partout sous cette écorce et qu'elle n'est autre chose que la partie non encore refroidie et solidifiée du globe primitivement fluide. Son épaisseur est-elle une faible ou une forte fraction du rayon terrestre, il n'importe. L'impossibilité d'expliquer par des réactions chimiques la chaleur croissante des couches, et à plus forte raison la température si élevée des laves, milite en faveur de l'hypothèse. Quant à l'explication de la position des groupes volcaniques dans le voisinage des côtes de l'Océan, elle est, nous le répétons, des plus simples. Les figures 225 et 226 montrent sur une échelle amplifiée comment les couches de l'écorce ont dû être fracturées dans les points de plus faible résistance, là où, par l'effet des dépressions et des soulèvements qui ont produit les mers d'une part, les continents et les chaînes de montagnes de l'autre, l'effort de rupture a dû être le plus considérable. Par les fissures

ainsi produites, les eaux marines se sont iniiJlrées, sont arrivées au contact des couches à température élevée, ont été vaporisées et ont déterminé l'ascension des laves et la formation des cheminées volcaniques. Les phénomènes subséquents ont produit les cônes, soit principaux, soit secondaires, et toutes

Fig. 227. — Section idéale d'une montagne volcanique produite par des éruptions successives. Formation des cônes secondaires.

les circonstances des éruptions dans leurs phases successives. La figure 227, par laquelle Poulelt Scrope représente la section idéale d'un volcan et le mode de formation du cône principal, peut servir aussi à faire comprendre comment des fissures latérales donnent lieu à la formation des cônes adventifs ou secondaires.