Réseau hexagonal de fractures à la surface d'un ancien lac de lave, le Kilauea Iki Crater, Hawaii

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

24/09/2007

Résumé

Fractures en réseau hexagonal à la surface d'un lac de lave.


Figure 1. Réseau pseudo-hexagonal de fractures à la surface de l'ancien lac de lave du Kilauea Iki Crater (Hawaii), vu de Pu'u Pua'i Overlook (état en juin 2007)

La largeur du lac visible sur cette photo, entre la « berge » du 1er plan et celle de l'arrière plan est d'environ 150 m. Chaque hexagone individuel mesure entre 5 et 10 m de diagonale.


Nous continuons notre série « polygones volcaniques » commencée le 3 septembre.

Les surfaces figées des lacs de lave, comme la surface du Kilauea Iki (Hawaii), présentent souvent une réseau de fractures disposées (statistiquement) en hexagones, chaque hexagone mesurant entre 5 et 10 m de diagonale.

L'image 1 montre ce réseau ; l'image 2 en montre un détail ; l'image 3 montre une vue plus globale de cet ancien lac de lave.

Figure 2. Détail du réseau pseudo-hexagonal de fractures à la surface de l'ancien lac de lave du Kilauea Iki Crater (Hawaii), vu de Pu'u Pua'i Overlook (état en juin 2007)

Chaque structure hexagonale mesure une petite dizaine de mètres de diagonale.


Figure 3. Vue d'ensemble de l'ancien lac de lave du Kilauea Iki Crarer (Hawaii), vu de Pu'u Pua'i Overlook (état en juin 2007)

Cet ancien lac de lave, emplissant un « pit crater » (= mini caldeira) mesure 600 x 1000 m de « diamètre ».


Le cratère du Kilauea Iki mesure 600 x 1000 m de dimensions. Sa surface se trouve 130 m plus bas que le plateau environnant. En 1959, cet ancien cratère existant depuis longtemps, au mur entièrement recouvert de forêt, se trouva rempli par un lac de lave d'environ 150 m d'épaisseur au maximum. Durant l'éruption qui dura du 14 novembre au 20 décembre 1959, la lave entrait dans le lac pendant des épisodes éruptifs, avec une très belle fontaine de lave située au Sud-Ouest du cratère (voir image 4). La lave ressortait par le même orifice pendant des épisodes de calme (voir image 6). Le niveau du lac oscillait, en fonction de l'importance des débits entrants et sortants.

Durant les 32 jours d'éruption, il y eu 17 phases de remplissage, chacune étant suivie d'une phase de vidange partielle. Pendant les 15 derniers jours de l'éruption, le volume du lac oscillait entre 38 et 45.106 m3 de lave. La dernière vidange lui fit perdre 4.106 m3.

À la fin de l'éruption, le niveau du lac déjà recouvert d'une mince croûte de basalte solide se stabilisa 18 m plus bas que le niveau maximum atteint. Ce retrait reste marqué sur les bords du lac par une « terrasse » de basalte. Après stabilisation de la croûte solide, des forages furent entrepris à plusieurs reprises pour traverser la croûte de lave qui s'épaississaitt. En 25 ans, la croûte solide avait atteint 70 m d'épaisseur.

La présence de roche encore très chaude pas très loin de la surface se manifeste par des fumeroles (voir image 4).

Figure 4. Gros plan sur des fumeroles sur le plancher du Kilauea Iki Crater (juin 2007)


L'histoire de l'éruption du Kilauea en 1959 est décrite (et illustrée) sur le site de l'Hawaii Volcano Observatory et de l'USGS.

Comment cette histoire a t-elle pu générer ce réseau de fractures pseudo hexagonal ?

Il existe naturellement un réseau de fractures sur la mince croûte de basalte à la surface d'un lac de lave, fractures dues à la convection sous-jacente. Ces fractures apparaissent en rouge sur l'image 4. Ces fractures sont « exagérées » lors des phases de remplissage ou de vidange, tant à cause de l'écoulement sous-jacent qu'à la diminution ou à l'augmentation de la surface du lac entraînées par les variations de volume.

Ensuite, lors du dernier retrait, la croûte, en s'affaissant, a tendance à se fracturer, notamment sur ses bords. Enfin, la solidification puis le refroidissement du lac entraînent sa contraction généralisée. Chacun de ces épisodes génère des fractures superficielles, éventuellement réactivées par l'épisode suivant.

La géométrie statistiquement hexagonale du réseau de fractures est bien sur dû aux propriétés de l'hexagone, qui minimise le rapport périmètre/surface tout en couvrant une surface.

Les images suivantes vont montrer des vues d'ensemble 100 m3 s-1et/ou de détail de la surface de cet ancien lac dans son état de juin 2007, et des vues prises pendant l'éruption de 1959.

Figure 5. Le Kilauea Iki en phase de remplissage le 5 décembre 1959

La fontaine de lave a un débit d'environ 100 m3 s-1. La colline qui se détache en noir à gauche de la fontaine, maintenant appelée Pu'u Pua'i, est en train de croître du fait des retombées basaltiques. Les fractures (rouges) de la fine croûte solide se voient très bien.


Figure 6. Le Kilauea Iki en juin 2007

Du même endroit, avec approximativement la même orientation et le même cadrage que l'image précédente. On reconnaît bien le Pu'u Pua'i. On voit très bien, surtout à droite du lac, les terrasses (ou « banquettes ») de basalte laissées par le dernier retrait.


Figure 7. Vue générale du Kilauea Iki Crater, vu du Kilauea Iki Overlook (état en juin 2007)

Ce cratère mesure 600 x 1000 m de dimension.


Figure 8. Le Kilauea Iki : le lac de lave en phase de retrait le 19 décembre 1959

La colline de l'arrière plan est le Pu'u Pua'i. Le point de sortie de la fontaine de lave, tarie, correspond alors à un trou dans lequel se vide partiellement le lac.



Figure 10. Le Kilauea Iki : vue de détail de la terrasse de basalte laissée par le retrait du lac et des fractures occasionnées par ce retrait

La grosse pierre blanche, visible aussi sur l'image 7, permet de localiser cette vue de détail sur la vue générale (état en juin 2007).


Figure 11. Le Kilauea Iki : position des 3 vues de détails suivantes(état en juin 2007)

Les vues suivantes montrent des fractures associées à des irrégularités dans la baisse du niveau du lac.


Figure 12. Le Kilauea Iki : fractures associées à des irrégularités dans la baisse du niveau du lac

Cadre 1 de l'image 11.


Figure 13. Le Kilauea Iki : fractures associées à des irrégularités dans la baisse du niveau du lac

Cadre 2 de l'image 11.


Figure 14. Le Kilauea Iki : fractures associées à des irrégularités dans la baisse du niveau du lac

Cadre 3 de l'image 11.


Figure 15. Vue Google Earth du Kilauea Iki Crater (KIC)

Le Kilauea Iki Crater (KIC) est situé à l'Est de la caldeira du Kilauea, elle même située au SE du Mauna Loa. PP localise le Pu'u Pua'i.


Localisation du Kilauea Iki Crater (Hawaii) via Google Earth.

Ce réseau de fractures (statistiquement hexagonal) présent à la surface des lacs de lave a inspiré les dessinateurs illustrant le paysage que l'on pourrait trouver sur Io, le seul corps du système solaire (avec la Terre) possédant des lacs de lave en activité.

Figure 16. La région de Tvashtar Catena sur Io

On voit deux lacs de lave actifs à la surface de Io.


Figure 17. Représentation d'artiste montrant la surface d'un lac de lave sur Io

Cette représentation figure un réseau de fractures à géométrie pseudo-hexagonale.