Le dôme

La caractéristique principale de l’éruption de 1902-04 de la Montagne Pelée a été la mise en place d’un dôme de lave andésitique dans le cratère sommital. Comme l’écrit Alfred Lacroix (1904) : « De tous les phénomènes qui se sont produits au cours de l’éruption, le plus important au point de vue de l’histoire du volcanisme, celui dont la portée théorique est la plus grande, a consisté dans l’édification d’un dôme d’andésite dans la caldeira de l’Etang Sec. Le mode de formation de ce genre de montagne, si souvent réalisé par les roches acides de tant de régions volcaniques, était fort obscur, aucune éruption n’ayant jusqu’alors permis d’en suivre les diverses phases ». En fait, la seule description d’un dôme actif connue alors des scientifiques français, avait été faite sur l’île de Nea Kameni à Santorin en 1866-67 par Ferdinand Fouqué.

Morphologie et mécanismes de croissance des dômes   

Les observations de A. Lacroix en juin-juillet 1902 puis d’octobre 1902 à mars 1903, constituent la première étude détaillée de la formation d’un dôme de lave. Elles ont conduit Lacroix à reconnaître le premier, deux modes distincts mais complémentaires d’édification du dôme : un mode endogène (« injection ») et un mode exogène (« extrusion »). Les deux processus ont été retrouvés dans la plupart des dômes actifs étudiés par la suite. Ainsi l’américain Franck Perret a confirmé les interprétations de Lacroix, sur la base d’observations similaires faites lors de l’éruption du dôme de 1929-32 sur la même Montagne Pelée (Perret, 1935). On a ensuite retrouvé ces modes de croissance sur des dômes étudiés par la volcanologie moderne, par exemple au Mont St.Helens aux USA (1980-86), à l’Unzen au Japon (1992-95) et à Soufriere Hills, Montserrat, un autre volcan des Petites Antilles (dôme actif depuis 1997).

Les dômes sont des accumulations de lave à l’aplomb du point de sortie, dont l’extension latérale et la hauteur sont du même ordre de grandeur, soit quelques dizaines à quelques centaines de mètres. Si la lave s’accumule ainsi, c’est qu’elle s’écoule très difficilement, simplement parce qu’elle est trop visqueuse. C’est la différence avec les coulées de lave. Différents facteurs favorisent une haute viscosité dans les laves : une faible température, une forte teneur en silice, une faible teneur en eau dissoute, une quantité de cristaux élevée. En première analyse, la teneur en silice (molécule SiO₂) est un facteur dominant : les basaltes, qui sont des laves relativement pauvres en silice (< 52% de la masse totale), donnent systématiquement des coulées et seules les laves plus riches en silice peuvent former des dômes. La plupart des dômes que l’on a vu se former au cours du 20ème siècle étaient de composition dacitique ou andésitique sur des stratovolcans ; leur forte viscosité était due, outre à leur teneur en silice, à une faible teneur en eau dissoute et une forte cristallinité.

A cause de sa viscosité élevée, une lave qui forme un dôme est émise à des vitesses d’ascension et des débits très faibles, typiquement 1 mm à 1cm/s et 1 à 10 m³/s). Le volume d’un dôme de lave étant typiquement de quelques millions de m³ à quelques centaines de millions de m³, sa croissance dure généralement des mois et le plus souvent, des années.

Les dômes de lave actifs présentent une surface irrégulière et fragmentée, formée de gros blocs et éventuellement hérissée d’aiguilles. La surface refroidit et se consolide tandis que l’intérieur reste à une température magmatique (typiquement 800 à 1000 °C) et est capable de se déformer plastiquement. Le gradient thermique est très marqué vers la surface et la carapace solide est de faible épaisseur. Sous les contraintes engendrées par la déformation de l’intérieur, cette carapace solide et rigide se fragmente. La lave à haute température peut être communément vue par des interstices entre les blocs, et montre de loin des rougeoiments caractéristiques la nuit.

Photo montrant la surface du dôme avec ses surfaces de lave hérissées, ses blocs et ses recouvrements locaux d’éboulis

(A. Lacroix, 1904 p. 13)

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Surface actuelle du dôme.

cliché JL Bourdier, 1980

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La forme générale acquise par les dômes actifs au cours de leur croissance dépend de plusieurs facteurs. D’abord la topographie sous-jacente : sur une topographie plane, un dôme tend à acquérir une morphologie relativement symétrique, se rapprochant idéalement d’une demi-sphère, tandis que sur une pente, il tend à s’écouler dans la direction de celle-ci, jusqu’à prendre éventuellement une forme de langue à laquelle le terme de dôme-coulée peut être appliqué. La forme dépend aussi de la viscosité : les dômes sont d’autant plus aplatis et leurs pentes sont d’autant moins fortes, que la viscosité est faible. Un dôme tend donc constamment vers une forme d’équilibre au cours de sa croissance, forme qui tient compte de la répartition des forces, la gravité d’une part et la résistance à l’écoulement introduite par la viscosité d’autre part. Si localement la pente de la surface du dôme est trop forte, des blocs peuvent se détacher et rouler ; ainsi des talus d’éboulis se forment communément à la base des dômes.

Dans le mode de croissance endogène, l’apport de lave contribue au volume du dôme par gonflement de celui-ci, sans que la lave ne s’échappe notablement à la surface. Ceci permet au dôme de maintenir une température élevée dans sa partie centrale, et explique qu’on observe de la lave incandescente à faible profondeur sous la surface. Ce mode de croissance conduit aussi à des variations locales de la pente et donc aux chutes de blocs observées fréquemment sur les dômes.

La croissance exogène correspond à l’extrusion de lave active à travers la carapace solide, pour former une langue qui s’étale à la surface du dôme jusqu’à refroidir et se figer à son tour. Une forme particulière de croissance exogène est l’extrusion d’une lave tellement visqueuse qu’elle ne peut pas s’écouler latéralement et forme des aiguilles qui percent le dôme et peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres de hauteur.

Histoire de la croissance du dôme de 1902

            Avant l’éruption de 1902, le sommet du volcan présentait un cratère elliptique (1000 m par 800 m), appelé la « caldeira » de l’Etang Sec, d’environ 200 à 300 mètres de profondeur. Le plancher du cratère était incliné du Nord vers le Sud. Une entaille profonde de la paroi du cratère se trouvait au SSW et surplombait le fond du cratère de quelques mètres seulement à cet endroit. Le cratère, envahi de végétation, était dominé sur sa paroi orientale par un pointement de lave ancienne, le Morne La Croix. Celui-ci, avec 1350 m d’altitude, représentait alors le point culminant de la Martinique. Le Morne La Croix a été en grande partie détruit dès les premières phases de l’éruption et a été ensuite dépassé en altitude par le dôme lui-même. Autour du Morne La Croix, côté est, un petit plateau était localement occupé par un étang peu profond, le lac des Palmistes, lieu d’excursion apprécié des habitants des environs.

            C’est dans le cratère de l’Etang Sec qu’est sorti le dôme. Le dôme n’a été clairement reconnu comme tel qu’au cours du mois d’août, lorsque son sommet a commencé à dépasser du cratère. Mais Lacroix a fait remonter la présence du dôme dans le cratère beaucoup plus tôt, en interprétant les observations faites par différents témoins, d’amas de blocs et de chutes de blocs incandescents, visibles depuis la côte par l’échancrure du cratère. La plus ancienne de ces observations date du 7 mai, veille de l’éruption de la nuée ardente catastrophique qui détruisit la ville de St.Pierre. Elle est due à Monsieur Landes, professeur au lycée de St. Pierre, qui mourut dans la catastrophe du 8 mai : « La montagne était partiellement découverte ce matin… Nous voyons rouler de la hauteur, sur le côté du Petit Bonhomme, faisant face au Morne La Croix, des blocs et de la lave incandescente… » (Lacroix, 1904 p. 110).

            Le sommet du dôme a été visible pour la première fois depuis Morne Rouge le 16 août. Son observation systématique a ensuite été faite par Lacroix à partir du début octobre. On sait ainsi que le dôme a connu une croissance modérée entre octobre 1902 et mars 1903. Le dôme est ensuite resté actif, mais sans croissance notable, jusqu’en 1904.

Vue vers l’Est depuis la mer montrant le volcan et le dôme sommital avec la grande aiguille

Lacroix p.139

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Vue vers l'Est depuis la mer montrant le volcan et le dôme sommital. La zone plus claire en contrebas du dôme est la partie haute de la vallée de la Rivière Blanche, empruntée par les nuées ardentes ordinaires. Tout le versant visible du volcan est détruit par les nuées ardentes de la période mai-août 1902.

Lacroix p.149

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La grande aiguille

            Un aspect célèbre de l’éruption de 1902 est la formation, sur le dôme, de la grande aiguille. Sa croissance a été décelée à partir du 3 novembre 1902 et le 24 novembre sa hauteur atteignait 230 mètres au-dessus du dôme, après une croissance continue mais de vitesse variable. L’aiguille s’est alors écroulée partiellement. Elle a ainsi connu des phases de croissance entrecoupées par des écroulements partiels jusqu’en octobre 1903, atteignant au maximum 265 m de hauteur en juillet. Lacroix a calculé que sa hauteur cumulée était d’environ 2200 m. Son diamètre était d’environ 150 mètres. Des aiguilles ont été observées depuis sur d’autres dômes actifs, par exemple sur les dômes dacitiques de l’Unzen au Japon (60 m au maximum) et de Montserrat dans les Petites Antilles (90 m en mars 2002), mais aucune n’a approché par sa taille celle de la Montagne Pelée.

Vue vers l’ouest de l’aiguille, dans ses premiers stades d’édification. A l’avant plan de l’aiguille, rebord du cratère avec les restes du Morne La Croix.

Lacroix, 1904, planche VI fig.2

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L'aiguille vue vers l'Ouest du même point que la photo précédente, à l'emplacement de l'ancien lac des Palmistes. On voit clairement que l'aiguille traverse le dôme dans un état subsolide, sans aucune expansion latérale (protrusion). Le rebord du cratère de l'Etang Sec et les restes du Morne La Croix sont bien distincts.

Lacroix, 1904, planche VI fig.3

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Vue vers le Sud de la surface du dôme et de l’aiguille. Noter le contraste de morphologie entre la surface lisse et régulière de la face est (partie gauche de l’aiguille) et la partie ouest (droite).

Lacroix, 1904 p. 147

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Vue actuelle de la base du dôme de 1902 et du rebord du cratère de l’Etang Sec, au NW (photo en direction du SSW). Les gros blocs accumulés au pied du dôme n’existent que dans ce secteur et sont considérés comme les seuls restes visibles aujourd’hui de la grande aiguille de 1902-03.

cliché JL Bourdier, 1980.

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Volume du dôme

            Le volume final du dôme a été de l’ordre de 100 millions de m3, un volume comparable à celui du dôme qui s’est formé dans l’éruption suivante entre 1929 et 1932.

Schéma en haute résolution

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Situation actuelle

            De nos jours, le cratère de l’Etang Sec est occupé par les deux dômes de 1902-04 et 1929-32. L’éruption de 1929  a détruit et recoupé partiellement le dôme de 1902, sur lequel le dôme de 1929 s’est appuyé. Ces deux dômes, jumeaux par leur taille, sont maintenant  recouverts de végétation. Aucune activité, même fumerollienne, n’est décelable au sommet du volcan, qui fait néanmoins l’objet d’une surveillance intensive par un observatoire scientifique maintenu par l’Institut de Physique du Globe de Paris.

Carte et coupe géologiques schématiques du sommet actuel de la Montagne Pelée.

Photo prise du rebord du cratère vers le Nord, montrant la paroi est du cratère, subverticale, avec les restes du Morne La Croix (pointement au centre de la photo) et la base est du dôme et son talus d’éboulis. Noter l’activité fumerollienne localisée entre le dôme et le rempart du cratère. A l’arrière plan, le Morne Macouba .

Lacroix, 1904 p.80

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Vue actuelle de la paroi est du cratère de l’Etang Sec avec les restes du Morne La Croix (photo prise vers le Nord depuis le rebord SE du cratère. Le versant oriental du dôme de 1902 (arrière plan gauche) est visible en arrière du versant du dôme de 1929. Vues d’ici, les bases des deux dômes apparaissent comme des surfaces régulières d’éboulis.

cliché JL Bourdier, 1980

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Références

Lacroix A. (1904) La Montagne Pelée et ses éruptions. Editions Masson, Paris, 662 p.

Perret F.A. (1935) The eruption of Mt. Pelée 1929-1932. Carnegie Institution Washington Publications, 458, 126 p.