Geyser

Le geyser Strokkur en Islande.

L'activité des geysers, comme celle de toutes les sources chaudes, est liée à une infiltration d'eau en profondeur. L'eau est chauffée par sa rencontre avec une roche, elle-même chauffée par le magma ou par l'action du gradient géothermique (le fait que la température et la pression augmentent avec la profondeur), c'est pourquoi il est possible de trouver des sources d'eau chaude et des geysers dans les régions non volcaniques. Cette eau, chauffée et mise sous pression, jaillit alors vers la surface par effet de convection. Les geysers diffèrent des simples sources chaudes par la structure géologique souterraine. L'orifice de surface est généralement étroit, relié à des conduits fins qui mènent à d'imposants réservoirs d'eau souterrains.

L'intensité des forces en jeu explique la rareté du phénomène. Autour de nombreuses zones volcaniques, on peut trouver des sources chaudes accompagnées de fumerolles (île Sainte-Lucie, Java, Dallol, etc.). Mais souvent, les roches sont trop friables, ce qui engendre une érosion rapide et condamne l'apparition d'un geyser qui doit disposer de conduits naturels étroits et résistants.

L'activité d'un geyser est assez fragile et capricieuse ; certains se sont éteints parce qu'on y avait simplement jeté des déchets, d'autres parce qu'on y avait exploité l'énergie géothermique[1].

Il faut distinguer un geyser d'autres phénomènes paravolcaniques :

• une fumerolle est une fissure lâchant des panaches de fumées sulfureuses et de la vapeur d'eau[2] ;
• une source chaude est un bassin thermal, allant de 30° à 100°, ou un lac géothermique très chaud (comme le Prismatic Spring par exemple)[2] ;
• une mare de boue est un petit lac d'eau bouillonnante brassant des sédiments à sa surface (boue, argile, matériaux volcaniques… etc)[2] ;
• une mofette est un puits d'eau chaude avec des remontées de bulles de gaz parfois toxiques[2].

Cycle éruptif

Le steamboat Geyser au Yellowstone.

De l'eau s'introduit dans le réservoir du geyser (qui est proche d'une poche magmatique) par infiltration puis, en s'accumulant dans le réservoir, elle monte dans le conduit étroit, résistant et haut[2]. Il faut rappeler que la pression ne dépend pas du volume mais de la hauteur, et que plus la pression est grande plus la température d'ébullition est élevée. Ainsi l'eau du conduit va faire pression sur l'eau du réservoir et augmentera la température d'ébullition. Au bout d'un certain temps, la poche magmatique aura suffisamment chauffé pour vaporiser une partie de son eau, créant ainsi une bulle de vapeur qui va remonter vers la surface. Or, le seul chemin de sortie est le conduit, où la bulle va donc s'engouffrer. Elle va pousser vers le haut l'eau du conduit, qui n'exercera donc plus la pression sur l'eau du réservoir. Cette dernière va entrer en ébullition, donc se dilater et pousser toute l'eau du geyser vers l'extérieur[2].

L'éruption se termine par épuisement du réservoir. Un nouveau cycle éruptif (ou séquence éruptive) reprend quand il s'est de nouveau accumulé suffisamment d'eau dans le réservoir pour que l'eau monte et commence à se vaporiser. La durée de chaque éruption et le temps séparant deux éruptions varient d'un geyser à l'autre, et leur régularité est également variable.

Séquence éruptive du geyser de Strokkur, en Islande : geyser inactif, arrivée des bulles de gaz, naissance du geyser puis vidange de la colonne d'eau.

Il existe deux types de geysers. Le geyser dit « en cône » est terminé par un cône étroit, avec un conduit très fin. Lorsqu'une éruption se produit et qu'une colonne d'eau jaillit, elle est en fait expulsée par la pression due à l'étroitesse du conduit. C'est le cas par exemple d'Old Faithful, dans le Parc national de Yellowstone, aux États-Unis.

L'autre type de geyser est le geyser dit « fontaine ». Il s'agit généralement d'une source chaude qui, lorsque du gaz est expulsé, fait remonter les bulles d'eau qui explosent au contact de la surface et qui créent une large colonne d'eau, souvent de courte durée. C'est le cas par exemple du Strokkur.

Carte de répartition des geysers dans le monde.

Geysers d'El Tatio (Chili)

Geyser au Japon (Nagano)

Vallée des geysers au Kamtchatka

Les geysers sont relativement rares car dépendants de conditions climatiques et géologiques que l'on ne retrouve qu'en peu d'endroits sur terre. Il existe de par le monde cinq zones principales de geysers et six autres zones secondaires avec moins de geysers[1]^,[2] :

• le parc national de Yellowstone situé dans le Wyoming (États-Unis) concentre les deux tiers des geysers existant dans le monde ;
• l'Islande ;
• la péninsule du Kamtchatka en Russie (la célèbre Vallée des geysers détruite partiellement à la suite d'un glissement de terrain survenu le 4 mai 2007, mais toujours bel et bien active) ;
• les geysers d'El Tatio au Chili ;
• l'île du Nord en Nouvelle-Zélande ;
• le cratère du volcan Dallol en Éthiopie ;
• le volcan de la Soufrière à Sainte-Lucie ;
• au fond du cratère du volcan Mahawu, sur l'île de Célèbes ;
• au Pérou ;
• en Bolivie ;
• en Argentine (Copahue) ;
• en Alaska (États-Unis) : île Umnak ;
• aux Açores ;
• au Kenya, dans le lac Bogoria ;
• au Japon.
• en Thaïlande, à San Kamphaeng et dans le parc national de Doi Pha Hom Pok;
• à Lanzarote dans le parc national de Timanfaya.

Il existe des geysers dans le Nevada, aux États-Unis. Ils sont aujourd'hui éteints, à cause de l'industrie thermale, mais il en subsiste toujours un dans l'État voisin de l'Utah, le Fly Geyser.

Yellowstone est de loin la zone la plus active au monde avec près de 400 geysers recensés[1]. Le parc possède en outre les deux spécimens les plus imposants dont le célèbre Old Faithful.

Le site Dallol (Éthiopie), est célèbre pour ses concrétions de soufre et de sel fondu, et ses petits geysers gazeux.

Aux Açores, à São Miguel ou à Terceira, il s'agit surtout d'eaux très chaudes mélangées à de l'oxyde de fer fondu.

Au Kenya, c'est au lac Bogoria[3], situé dans le même axe volcanique que le fameux lac Turkana, que l'on peut trouver des dizaines de sources chaudes bouillonnantes et des geysers, gazeux et en cônes.

À Sainte-Lucie, on trouve en particulier des fumerolles et des mares de boues. De petits geysers sont aussi présents mais ne dépassent pas les 50 centimètres.

• 
  Le Vixen Geyser à Yellowstone
• 
  Geyser du Tatio au Chili
• 
  Le geyser de la Clepsydre à Yellowstone

Grand Prismatic Spring

Les sources chaudes et les geysers peuvent abriter des archéobactéries résistant à l'eau très chaude et au manque d'oxygène. Les couleurs rouges, jaunes, bleues et vertes des bassins thermaux, les filaments blancs ou les sortes de « feuilles » brunes et gluantes entourant la mare d'eau chaude d'un geyser ou d'une mofette sont en fait des organismes thermophiles (ou des types distincts de cyanobactéries), vivant dans l'eau soufrée et surchauffée des bassins thermaux.

C'est seulement dans les années 1960 que les scientifiques purent démontrer l'existence de ces archéobactéries vivant dans l'eau des sources chaudes, et en particulier l'espèce Thermus aquaticus, décrite par Thomas Brock en 1969, notamment grâce aux études menées au Yellowstone, et en particulier dans le bassin du Grand Prismatic Spring. Cette découverte a été très utile pour la communauté scientifique car elle a démontré le rôle joué par les cyanobactéries dans l'apparition de l'atmosphère terrestre : pendant le précambrien, l'eau de mer était à environ 80 °C, c'est-à-dire à la même température que les sources chaudes d'aujourd'hui, et les archéobactéries abondaient dans les eaux des océans. Rappelons que ce sont les cyanobactéries qui sont à l'origine de la photosynthèse et qui ont ainsi modifié l'atmosphère terrestre.

La Terre n'est pas la seule planète à posséder des geysers. Trois satellites du système solaire, Triton[5], Encelade[6]^,[7] et Io[8], en possèdent. Ces geysers sont différents des nôtres en bien des points, que ce soit leur température, leur composition ou leur géologie externe :

• Sur Triton, une lune de Neptune, des panaches d'azote liquide ont été observés. On ne connait pas l'origine de ces geysers mais l'action du Soleil y est sans doute prédominante. Sous la surface glacée (et relativement transparente) du satellite, la glace d'azote fondrait aux niveaux où la lumière serait le plus absorbée, puis la pression montant, le fluide s'échapperait par des fissures. Dès la sortie, dans le vide presque parfait, le liquide se transforme en un aérosol de gaz et de cristaux. Ces panaches des geysers d'azote montent jusqu'à 8 000 mètres dans l'atmosphère (ténue) de Triton avant de retomber sous forme de neige azotée. Ce phénomène est appelé cryovolcanisme.

• Sur la surface d’Io, un satellite de Jupiter qui est l'objet spatial le plus actif du système solaire, avec son volcanisme soufré, la sonde Galileo a remarqué des panaches de soufre de plusieurs kilomètres projetés dans la stratosphère par des volcans et des geysers.

• Sur Encelade, satellite de Saturne, la sonde Cassini a remarqué à sa surface des petits geysers lâchant des panaches de fumée d'eau glacée.

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  Geyser sur Encelade (vue d'artiste).
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  Geyser sur Triton.
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  Haut volcanisme d’Io, où l'on peut apercevoir des volcans et des geysers.