Exercice corrigé Ancien programme

La découverte de yellowstone

Le parc de Yellowstone, situé dans le Wyoming, le Montana et l'Idaho, est le premier parc national des États-Unis, créé en 1872. Il est célèbre pour sa faune très variée et ses phénomènes géothermiques. Il contient deux tiers des geysers* de la planète, des fumerolles et de nombreuses sources chaudes. L'une des figures emblématiques du parc est le « Old Faithful » le deuxième geyser le plus important au monde après le Strokkur qui se situe en Islande.

À partir du milieu des années 1960, les scientifiques ont réexaminé de près la géologie de Yellowstone, mais ils ne s'attendaient nullement à ce qu'ils allaient découvrir. Jusqu'à présent, on pensait qu'il s'agissait d'un site hydrothermal comme il y en avait en Islande, mais qu'il n'était pas associé à un volcan.

Le géologue Bob Christiansen et son équipe examinèrent le sous-sol de Yellowstone et mirent en évidence d'importantes traces de cendres compactes qui s'étendaient sur une épaisseur de 30 cm. Elles pouvaient être le produit de l'activité d'un volcan aujourd'hui disparu, mais il n'y en avait plus aucune trace : cratère ou caldera**. Celle-ci existe, mais sa taille englobe pratiquement tout le parc, ce qui ne permet pas de la voir depuis le sol. Elle est visible sur la carte du parc de Yellowstone (document 11).

* Source chaude des champs volcaniques jaillissant en panaches à intervalles réguliers lorsqu'en profondeur la pression de vapeur d'eau dépasse un certain seuil.

** Ou caldeira : mot d'origine portugaise signifiant chaudron, désignant un cratère géant de quelques kilomètres à quelques dizaines de kilomètres, à contour circulaire ou elliptique. Ces dépressions sont produites par l'effondrement de la partie centrale du volcan, la chambre magmatique sous-jacente ayant été en partie vidée par des éruptions.

Doc 11 Carte du parc de Yellowstone

Doc 12 Âges et extensions des cendres issues du volcan Yellowstone

1. Quels sont les indices de volcanisme donnés par les documents ?

2. Pourquoi parle-t-on de super-volcan ?

3. En décembre 2009, des études sismiques ont permis de mettre en évidence la présence d'une anomalie thermique sous Yellowstone représentée sur le document 13.

Doc 13 Anomalie thermique
de Yellowstone (1 mile = 1,6 km)


Pourquoi utiliser la vitesse des ondes sismiques pour repérer des différences de température dans le globe ?

4. Que révèle l'étude du document 13 ?

5. Le site de Yellowstone est très étudié, car la présence d'une chambre magmatique gigantesque située à une dizaine de kilomètres en dessous de la surface pourrait entraîner une nouvelle éruption. Les fumerolles, les sources hydrothermales et les geysers que l'on observe un peu partout à travers le parc représentent des fissures et des cheminées très localisées dans la caldera à travers lesquelles le super volcan « fuit » et libère lentement son excès de pression. Chaque année, toute la région subit en outre des centaines de secousses sismiques dont l'intensité est très variable, mais en moyenne relativement faible.

Des études GPS ont montré des déplacements verticaux au niveau de la caldera et l'enregistrement de l'activité sismique est fait en continu. Les résultats de ces études sont reportés dans le document 14.

De combien de centimètres s'est élevé le sol de la caldera entre 1970 et 1980 ? Quel peut-être le mécanisme à l'origine de ce soulèvement ?

6. Quel indice apporte l'étude des séismes ?

7. L'élévation est-elle continue ? Comment l'expliquer ?

Doc 14 Activité sismique et déformation de la caldera de 1970 à 2000

1. Les indices du volcanisme sont les manifestations d'une source de chaleur liée au volcanisme comme les geysers, les fumerolles. C'est aussi la présence d'une couche de 30 centimètres d'épaisseur de cendres dues à des éruptions volcaniques.

2. Analyse du document 11 : Si, du sol, Bob Christiansen n'était pas parvenu à localiser la caldera, c'est parce qu'elle englobe pratiquement tout le parc. La caldera forme une dépression entre les chaînes de montagnes et s'étend sur une superficie gigantesque de 70 sur 30 km du NE au SO à travers le Yellowstone.

Analyse du document 12 : Il y a eu trois éruptions explosives avec dispersion de cendres sur une très grande surface. Il y a 2,2 millions d'années les cendres ont recouvert les deux tiers des États-Unis actuels, ce qui montre l'importance du matériel magmatique.

Conclusion : La taille de la caldera, la quantité énorme de matériel volcanique, la force des explosions éruptives montrent l'importance de ce volcan. On parle donc de super volcan.

3. Les ondes sismiques se déplacent rapidement à travers les roches froides et plus lentement à travers les roches chaudes. Les mesures de vitesse des ondes sismiques permettent d'obtenir une image en trois dimensions des milieux qu'elles traversent. Un ralentissement des ondes sismiques ou anomalie négative de vitesse des ondes sismiques correspond à une anomalie thermique positive.

4. Analyse : Les images obtenues à partir des données sismiques révèlent la présence d'une zone d'anomalie thermique positive, large de 40 miles (65 km), qui descend de la surface en formant un angle de 60° et s'étire sur une distance de 240 km en direction de l'ouest-nord-ouest pour plonger à une profondeur de 400 miles (650 km) à hauteur de la limite entre les états de Montana et de l'Idaho, limite au-delà de laquelle ne peut aller l'imagerie sismique.

Interprétation : Cette zone d'anomalie thermique positive, à l'origine très profonde, est due une remontée de matériel très chaud. La profondeur, supérieure à 80 km, indique que ce sont des péridotites du manteau. Il y a donc un panache mantellique lié à un point chaud.

5. Le taux approximatif de déformation sur cette période est de 19 mm par an, sur 10 ans il y a donc élévation de 19 cm.

Ce bombement traduit le gonflement de la chambre magmatique située à une dizaine de kilomètres au-dessous de la surface. Remplie de magma et de gaz dissous à haute pression, elle pousse lentement le plateau de la caldera vers le haut.

6. Les séismes sont très courants mais peu intenses, avec parfois plus de 500 événements en 3 mois. Ils mettent en évidence des mouvements et des fracturations des roches. La croûte, poussée vers le haut sous la pression des gaz, se bombe et se fracture.

7. Analyse du document 14 : Après 1985, le déplacement de la surface de la caldera est inversé, il y a subsidence et donc affaissement à une vitesse de 19 mm/an. Les années 1985 et 1986 sont remarquables par la fréquence des séismes (plus de 2 500 en 3 mois fin 1985).

Interprétation : Depuis 1985, le plateau de la caldera s'affaisse, ce qui montre une baisse de la pression dans la chambre magmatique à cause de la perte de gaz par les geysers, et les fumerolles. La poussée depuis la chambre magmatique diminue et la surface du sol s'affaisse.

Information complémentaire

Le soulèvement de la caldera ayant repris de plus belle depuis 2004, certains géologues pensent à des signes avant-coureurs d'une éruption. Celle-ci serait catastrophique pour les États-Unis mais aussi pour le reste du monde, en perturbant durablement le climat global.

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