Mots clés : volcan, cratère volcanique, lac bouillonnant, géothermie, Antilles, fumerole

Vallée de la Désolation et Boiling Lake sur l'île de la Dominique (Arc des Antilles)

Nicolas Seprez

Collège de Terreville, Schoelcher, Martinique

Laure Willhelm

Lycée Félix Eboué, Cayenne, Guyane

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

18/05/2009

Résumé

Activité géologique aux Antilles : fumeroles et lac bouillonnant de l'île de la Dominique.


Figure 1. Perdu dans la forêt tropicale et masqué par les vapeurs, le Boiling Lake de la Dominique, Antilles

Perdu dans la forêt tropicale et masqué par les vapeurs, le Boiling Lake de la Dominique, Antilles

Entre l'île de la Martinique et l'île de la Guadeloupe, l'île de la Dominique (ancienne colonie anglaise) est l'île des petites Antilles la plus montagneuse.

Ses reliefs sont couverts d'une forêt tropicale luxuriante quasiment inexploitée. De très nombreuses et impressionnantes cascades façonnent également le relief de l'île. C'est pourquoi l'île de la Dominique est aussi appelée « l'île sauvage et rebelle ». La Dominique est l'une des rares îles des Antilles où, contrairement à la Guadeloupe et à la Martinique, les Amérindiens n'ont pas été totalement exterminés par la colonisation et son cortège de maladies et de massacres.

Contexte géodynamique régional

L'île de la Dominique fait partie du chapelet d'îles qui constituent l'arc volcanique des petites Antilles. Cet arc volcanique est le résultat de la subduction de la plaque atlantique sous la plaque caraïbe provoquant la fusion partielle du manteau sous-jacent (entre 100 et 150 km de profondeur).

À noter cependant que ce chapelet d'îles cache un double arc volcanique.

L'arc le plus externe correspond au volcanisme ancien et les îles qui le composent (comme Marie Galante, la Grande Terre de la Guadeloupe ou la Barbade) sont actuellement recouvertes de calcaires.

L'arc interne correspond à la partie active de l'arc insulaire, où les éruptions sont de type explosif (célèbre éruption de la Montagne Pelée en 1902). L'île de la Dominique se situe sur cet arc actif.

Figure 2. Image Google Earth de l'arc des Petites Antilles

Image Google Earth de l'arc des Petites Antilles

Géologie globale de l'île

La Dominique est une île volcanique de l'arc antillais. Une suite de montagnes coupe l'île en deux selon un axe Nord-Ouest / Sud-Est : on peut donc observer d'importantes pentes et de profondes vallées.

Les roches les plus abondantes sur l'île sont les andésites et les rhyolites qui témoignent de l'origine volcanique de l'île.

Le sommet le plus élevé est le Morne Diablotins qui culmine à 1447 mètres, dans le Nord de l'île.

Plus au Sud, le Morne Trois Piton culmine à 1423 mètres et constitue donc ainsi le deuxième sommet de l'île. Ce morne présente une intense activité hydrothermale. De nombreuses vapeurs et fumeroles sulfurées sont également visibles. C'est dans ce contexte qu'on peut observer deux sites géologiques remarquables : la vallée de la Désolation ( the Valley of Desolation ) et le Boiling Lake .

Figure 3. Vue générale Google Earth de la Dominique, Antilles

Vue générale Google Earth de la Dominique, Antilles

Les symboles rouges figurent les épicentres des tremblements de terre récents. Le pointeur jaune localise la vallée de la Désolation et le Boiling Lake.


Figure 4. Image Google Earth de la vallée de la Désolation au centre de l'image, Dominique (Antilles)

Image Google Earth de la vallée de la Désolation au centre de l'image, Dominique (Antilles)

Les taches beiges correspondent aux zones fumeroliennes, sans végétation. Le Boiling Lake correspond à la tache bleue au centre gauche de l'image.


La vallée de la Désolation

La vallée de la Désolation est une vallée où les vapeurs sulfureuses empestent l'atmosphère. De nombreuses sources chaudes alimentent cette vallée empêchant, comme le montre la photo ci-dessous, le développement de toute vie végétale à proximité, ce qui contraste nettement avec la végétation tropicale luxuriante environnante.

Figure 5. La vallée de la Désolation, Dominique (Antilles)

La vallée de la Désolation, Dominique (Antilles)

Des fumeroles associées aux sources d'eaux chaudes sont très abondantes. L'eau ruisselant sur la droite provient de sources chaudes tandis que l'eau ruisselant sur la gauche est fraîche. Les deux réseaux d'eau se rejoignent au bout de la vallée permettant de nouveau le développement d'une végétation luxuriante. Dans le fond, les vapeurs qui s'élèvent de la forêt correspondent aux vapeurs dégagées par le Boiling Lake.


Les fumeroles résultent de la sortie de gaz volcaniques, qui sont principalement constitués de vapeur d'eau, avec un faible pourcentage de CO2, de SO2 à l'odeur piquante et irritante et d'H2S à l'origine de l'odeur d'œuf pourri que l'on sent dans la vallée.

L'eau des fumeroles est principalement de l'eau de pluie (eau météorique) qui s'infiltre dans le sous-sol. Dans ces régions à fort gradient géothermique, cette eau se réchauffe rapidement et peut dépasser la température d‘ébullition ; un circuit convectif s'établit alors, qui fait remonter ces eaux et/ou vapeurs chaudes. Le CO2 et les gaz soufrés sont, eux, principalement issus du magma (ou directement du manteau). En profondeur, la composante soufrée est en général dominée par l'H2S. Celui-ci s'oxyde partiellement au contact des eaux, et presque totalement en arrivant au contact de l'atmosphère, d'où la présence de SO2 et de sulfate (SO4 2-). Heureusement que l'H2S a presque complètement disparu, car si des doses significatives de SO2 sont irritantes, des doses identiques d'H2S seraient mortelles, H2S étant très toxique (mais très odorant même à très faible dose) .

Figure 6. Une source d'eau chaude, vallée de la Désolation, Dominique (Antilles)

Une source d'eau chaude, vallée de la Désolation, Dominique (Antilles)

De nombreuses sources d'eaux chaudes laissent écouler une eau bouillante qui empêche toute végétation de venir s'installer dans ce lieu. Par contre, de nombreuses bactéries hyperthermophiles et acidophiles vivent dans ces milieux. L'eau qui ressort (vapeur + liquide) est de l'eau météorique infiltrée, qui est réchauffée par le fort gradient géothermique dû à la proximité d'une chambre magmatique, et qui remonte à cause du phénomène de convection et au rôle "propulseur" de la vapeur d'eau.

À noter également, la présence d'argiles associées à ces sources d'eaux chaudes. Ces argiles proviennent de l'altération des silicates volcaniques (feldspaths,…) par les eaux acides, très "agressives".


Le Boiling Lake

Depuis la vallée de la Désolation, il faut environ 45 minutes de marche pour atteindre le Boiling Lake , deuxième plus grand lac bouillonnant au monde.

Le Boiling Lake n'apparaît pas tout de suite, on le devine par les fumeroles et l'odeur de soufre de plus en plus importante. Et puis, soudain, à flanc de montagne, apparaît un lac d'aspect laiteux avec d'énormes bulles qui viennent éclater en permanence au centre du lac.

Le lac n'est pas vraiment en ébullition : les bulles et la fumée observées correspondent en fait aux émanations des gaz volcaniques qui s'échappent. On notera tout de même que la température de l'eau est proche de 100°C.

Toute cette activité et cette température sont le résultat de la chaleur dégagée par une chambre magmatique sous-jacente : le lac se situe en effet dans un ancien cratère d'explosion.

Ce lac est alimenté en eau par les précipitations, nombreuses et régulières, et par une cascade.

Figure 7. Le Boiling Lake , Dominique (Antilles)

Le Boiling Lake, Dominique (Antilles)

Le lac se situe au fond d'une dépression (cratère d'explosion) d'un diamètre de 100 mètres environ. Des émanations de gaz carbonique et sulfureux remontent au centre du lac provoquant son bouillonnement.


Figure 8. Les bouillonnement du Boiling Lake , Dominique (Antilles)

Les bouillonnement du Boiling Lake, Dominique (Antilles)

Des émanations de gaz carbonique et sulfureux remontent au centre du lac provoquant son bouillonnement.


Figure 9. Cascade alimentant le Boiling Lake , Dominique (Antilles)

Cascade alimentant le Boiling Lake, Dominique (Antilles)

Outre les précipitations, le lac est alimenté par une cascade.


Conclusion

Bien que l'activité sismique soit relativement faible depuis une vingtaine d'années, et que les éruptions volcaniques aient cessé il y a plusieurs milliers d'années, les manifestations géologiques observées dans la vallée de la Désolation et au niveau du Boiling Lake témoignent toutefois de l'importante activité géologique de l'île et de la région. Une bien belle excursion géologique potentielle pour tous les Antillais amateurs de nature.

Mots clés : volcan, cratère volcanique, lac bouillonnant, géothermie, Antilles, fumerole