L’Islande : une géologie dynamique !

L’Islande : une géologie dynamique !

 

 

Mélanie Gretz, Association AniMuse,  

Joël Ruch, Sébastien Castelltort, Dept. Sciences de la Terre, Université de Genève

Août 2021

Sur le chemin du voyage de GAIA et de son équipage, se trouve la fascinante Islande connue notamment pour ses magnifiques paysages façonnés par les volcans et les glaciers.

Saviez-vous que ce pays insulaire est un vrai paradis pour les géologues ? Si l’Islande est si particulière aux yeux des scientifiques, c’est parce qu’elle est un vrai laboratoire à ciel ouvert où de nombreux phénomènes naturels se produisent. Volcans, geysers, tremblements de terre… font partie de ces manifestations qui sont induites par un contexte géologique actif unique.

 

Les océans et leurs dorsales

L’Islande se situe sur ce que l’on appelle une dorsale médio-océanique. Les dorsales sont directement liées aux grands mouvements des plaques tectoniques qui s’opèrent sur la planète Terre. Elles peuvent également être désignées comme étant des marges extensives car elles sont l’expression direct de la séparation de deux plaques tectoniques qui s’éloignent l’une de l’autre.

Comme leur nom l’indique, les dorsales médio-océaniques se situent dans leur quasi-totalité (98%) sur les fonds océaniques, sous une tranche d’eau de plus de 2000 m. On les retrouve dans tous les océans du monde (figure 1) mais il n’est pas aisé de les observer car elles sont difficilement accessibles. Deux zones d’exception existent sur notre planète où deux petits pourcents de ces dorsales sont émergées. Elles se situent dans la Dépression du Danakil en Afar (Éthiopie) et en Islande. Etudier la géologie de l’île permet donc de mieux comprendre ce qu’il se trame au fond des océans.

L’analyse du fonctionnement des dorsales océaniques amène notamment d’importantes connaissances en matière de volcanologie car celles-ci hébergent 80% du volcanisme de notre planète ! Si celui-ci y est si intense, c’est parce que les dorsales sont les lieux de formation de nouvelle croûte océanique. Cela est dû au mode extensif associé à la séparation de plaques tectoniques qui provoque un affinement de la croûte terrestre permettant ainsi au magma formé dans le manteau sous-jacent de remonter au travers de réseaux de fractures et de s’épancher à la surface (voir figure 2a). Au contact de l’eau, le magma se refroidit et durcit pour former des basaltes (appelé aussi laves en coussin ; figure 2b) qui constitueront du nouveau plancher océanique. Dû à l’amoncellement de laves refroidies, ces structures créent, le long des dorsales, de véritables chaînes de montagne sous-marine.

Figure 1 : Telles de grandes balafres, les dorsales médio-océaniques sont présentes dans tous les océans de la planète. L’épanchement de magma qui en découle créé de véritables chaines de montagnes sous-marines. L’Islande (cercle jaune) se trouve directement sur l’une de ces dorsales (Source : The Floors of the Oceans, Marie Tharp & Bruce-Charles Heezen (dessiné par Heinrich C. Berann en 1977))

Figure 2 : a) Vue en coupe d’une dorsale médio-océanique. Le système extensif (flèches jaunes) est généré en partie par un mouvement de convection du manteau permettant au magma de remonter à la surface (flèche rouge). (source image : Larousse). b) lave en coussin qui constitue la plancher de la croute océanique. (Pour voir des laves en coussin en formation à la limite des plaques tectoniques « Pacifique » et « Juan de Fuca » : https://www.youtube.com/watch?v=DdIUuUY0L9c )

L’Islande, une île très dynamique !

L’Islande est directement concernée par la dynamique d’extension puisque cette île a la particularité d’être située à cheval sur deux grandes plaques tectoniques. Elle est constituée à la fois d’une partie de la plaque Nord-Américaine et d’une partie de la plaque Eurasienne (figure 3). Celles-ci s’éloignent l’une de l’autre à raison d’un taux de 2-3 cm par année. Il est possible d’aller visiter des structures liées à ce rift notamment sur le site très connu de Þingvellir (figure 3) où l’impressionnante faille de l’Almannagjá (figure 4) est une toute petite composante de la dorsale médio-atlantique mais offre un exemple typique des fractures observées sur les fonds marins.

L’Islande est située sur la dorsale médio-atlantique

 

Figure 3: L’Islande, la dynamique d’extension et emplacement des plaques tectoniques. L’impressionnant site de Þingvellir situé à l’ouest de l’île présente des structures de faille liées au contexte tectonique (source : Wikimedia commons)

 la faille d Almannagja Thingvellir

Figure 4: Faille de Almannagjá (image : Ragnar Sigurdsson de Arctic-images.com, sous licence Creative Commons BY-NC-SA)

Quand et comment l’Islande s’est-elle formée ?

A l’échelle des temps géologiques, l’Islande est considérée comme une île relativement jeune car sa formation a débuté il y a environ 24 millions d’années. Etant constituée quasi totalement par des roches basaltiques, sa naissance et son évolution sont clairement liés au volcanisme. Celui-ci provient bien sûr de l’épanchement de magma provoqué par la dorsale océanique mais pour créer une terre émergée, il a fallu un empilement de bien plus grandes quantités de roches volcaniques et ainsi la contribution d’un second mécanisme qui est celui d’un point chaud. Il s’agit d’un phénomène volcanique dont l’activité intense est due à des remontées chaudes de manteau en un point précis, nommées panaches mantéliques. Il est également toujours responsable d’une part de l’activité volcanique de l’île.

L’Islande est un cas unique dans le monde, car c’est le seul exemple où deux types de volcanisme (dorsale et point chaud) se conjuguent pour participer à la formation d’une l’île.

Un volcanisme intense en Islande…

Dû au contexte tectonique très dynamique, le volcanisme en Islande y est très intense, avec en moyenne 20 à 25 éruptions par siècle et se manifeste de manière cyclique sous forme d’événements dits de rifting.

Un tiers de la masse de l’île est constituée par diverses zones volcaniques actives qui ne forment pas moins de « 32 systèmes magmatiques » (voir figure 5) représentés par une gamme de volcans aux caractéristiques différentes. Ces systèmes se caractérisent par un volcan central qui est souvent constitué par une caldera, sorte de « cratère géant », bordé par un véritable champ de fissures (fissure swarms, figure 6) qui s’étendent sur plusieurs dizaines de kilomètres, indiquant la limite entre nos deux plaques tectoniques. Lors des événements de rifting, le magma peut ainsi se propager et générer des fractures avant de rejoindre la surface et engendrer une éruption. Ce phénomène a notamment été observé lors de l’épisode de rifting de Krafla dont une série d’intrusions magmatiques et d’éruptions a duré 9 ans (1975-1984) ou encore lors de l’éruption de Holuhraun qui s’est produite entre 2014 et 2015 et plus récemment sur la Peninsule de Reykjanes qui a vu la naissance et la mise en place d’un nouveau volcan appelé Fagradalsfjall.

Le volcanisme en Islande est unique car presque tous les types de volcans et éruptions connu sur Terre sont représentés sur l’île ! On n’observe habituellement pas une telle diversité sur une île océanique.

Figure 5 : Emplacement des systèmes magmatiques d’Islande. Chaque système a son propre nom : Kr = Krafla, F = Fremri Námar, A = Askja, S = Snæfell, Ö = Öræfajökull, Bá = Bárðarbunga, Gr = Grímsvötn, E = Eyjafjallajökull, Ka = Katla, He = Hengill, To = Torfajökull, H = Hofsjökull, and Hekla (source : Sigmundsson et al. 2020)

… et une portée internationale !

Les éruptions volcaniques islandaises ont de forts impacts sur la nature et les populations environnantes mais les conséquences des éruptions peuvent avoir des répercutions bien au-delà des frontières islandaises. Celles-ci seraient peut-être même responsables d’événements qui auraient changé le cours de l’histoire humaine…

L’exemple probablement le plus connu est celui de l’éruption du Laki (1783-1784). Situé dans la partie sud de l’île, l’éruption créa une fissure de 27 kilomètre de long et émit notamment 122 mégatonnes de dioxyde de soufre (SO2) dans l’atmosphère et 12.3km3 de lave, faisant de cet évènement la plus grande éruption effusive historique. Dans l’hémisphère nord, Ces aérosols restèrent en suspension pendant plus de 5 mois. Après avoir provoqué la mort d’un tiers de la population islandaise, le Laki fut responsable d’une surmortalité estimée de +30% en Angleterre et +50% en France. Il induisit également très probablement des fortes perturbations climatiques qui eurent lieu pendant les 2-3 ans qui suivirent. Avec des étés trop secs et chauds et des hivers extrêmement rigoureux dans l’ouest de l’Europe, les récoltes furent mauvaises et le prix du pain augmenta fortement entre 1787 et 1789 (+75%). Cette crise entraîna des émeutes dans les campagnes françaises et est discutée comme étant un facteur additionnel ayant amené à la révolution française de 1789.

Parmi les éruptions qui restent également fortement dans les mémoires, nous pouvons citer celle du volcan Eyjafjallajökull qui en 2010 perturba fortement le trafic aérien à l’échelle mondiale générant une crise économique sans précédent. Des quantités importantes de cendres émises dans l’atmosphère avaient alors voyagé sur une distance de plusieurs milliers de kilomètres, pour atteindre le sud de l’Europe. Par mesure de précaution, de nombreux pays européens fermèrent leur espace aérien entrainant ainsi des milliers d’annulations de vols !

Enfin, depuis mi-février 2021, non loin de Reykjavik, c’est la Péninsule de Reykjanes qui à son tour a subi une forte crise sismique et volcanique, menant à une éruption après 800 ans de sommeil. Pour étudier son réveil, une équipe de géologues de l’Université de Genève a été le premier groupe international à arriver sur place. Le but de la mission a été de mesurer la fracturation générée par la remontée du magma. Menée par Joël Ruch, professeur assistant à l’Université de Genève, la mission a permis d’étudier la naissance d’un volcan qui a été précédée par une forte activité sismique générée par la remontée du magma provenant de grandes profondeurs (~20km).

Figure 6 : a et b) Systèmes de fractures en lien avec l’activité sismique de février-mars 2021 de la Peninsule de Reykjanes et avec la remontée du magma. c) Modèle topographique du cratère actif obtenu avec des imageries de drone et une analyse photogrammétrique et d) le cratère principale émettant périodiquement des fontaines de laves de dizaines voire centaines de mètres de haut (Groupe VTLAB, Université de Genève, en préparation).

Le volcanisme, richesse énergétique

Par la présence de nombreux volcans il fait chaud, même très chaud dans le sous-sol islandais ! Ainsi, le gradient géothermique y est très élevé atteignant, dans sa zone la plus active, 150°C à un kilomètre de profondeur alors que la valeur est autour de 25 à 30°C dans la plupart des régions du monde. Cette chaleur représente une ressource énergétique importante car elle fournit plus de 90% du chauffage et 27% de l’électricité en faisant des islandais les champions de la géothermie. Les nombreuses sources chaudes du pays sont d’ailleurs de vraies attractions touristiques.

Aujourd’hui, avec une part de 27% de géothermie et une part de 72% d’hydraulique, l’électricité produite en Islande est à 99% d’origine renouvelable étant ainsi théoriquement exploitable sans épuisement.

Et pourtant, certaines grandes centrales géothermiques montrent des signes d’épuisement. Le bas prix de l’électricité a attiré des industries étrangères gourmandes en énergie dont le domaine d’activité touche essentiellement la métallurgie (ex. usines d’aluminium). Celles-ci, ont permis un essor économique mais en contrepartie, leurs activités, y compris la production d’énergie géothermique, émettent de grandes quantités de dioxyde de carbone atmosphérique (CO2). De plus, pour répondre à leur demande croissante en électricité, la ressource en géothermie se retrouve surexploitée diminuant ainsi les rendements des centrales. Le modèle énergétique du pays est alors remis en question par les islandais eux-mêmes.

Pour le futur…

L’Islande  (littéralement  « terre de glace »), ne portera malheureusement bientôt plus aussi bien son nom. Alors que depuis 1995, déjà environ 7% du volume total de ses glaciers a fondu, tous ses glaciers auront disparu au cours des 200 ans à venir…

Plus que jamais concernés par le réchauffement climatique, les islandais comprennent qu’il est urgent d’agir et ont par ailleurs comme objectif d’atteindre la neutralité carbone en 2040. Ils réfléchissent notamment à mettre en place des solutions pour produire une énergie propre à 100%. Pour cela, une start-up suisse est hébergée dans l’une des grandes centrales géothermiques. Celle-ci travaille sur un projet visant à réduire les rejets gazeux de la centrale en les solidifiant. Il s’agit d’un principe testé sur le dioxyde de carbone et le sulfure d’hydrogène (H2S) captés dans l’atmosphère, dissous dans de l’eau puis injectés entre 600 et 1 000 mètres de profondeur dans une couche de basalte où, au contact de cette roche, le CO2 se transforme en calcite et le H2S en pyrite. Les premiers résultats, révélés en 2016, ont été concluants : la quasi-totalité des gaz ainsi captés se solidifient en deux ans, alors que c’est un processus naturel qui prend des centaines d’années.

Les roches basaltiques du sol islandais pourraient ainsi être très utiles aux projets de séquestration de dioxyde de carbone mais elles ne seront pas la solution miracle pour contrer le réchauffement climatique en cours…

RÉFERENCES :

Contexte tectonique et volcanisme :

  • Sigmundsson, F., Einarsson P., Hjartardóttir, A.R , Drouin V., Jónsdóttir, K., Árnadóttir, T., Geirsson, H., Hreinsdóttir, S., Li, S., Ófeigsson, B .G., 2020. Geodynamics of Iceland and the signatures of plate spreading, Journal of Volcanology and Geothermal Research,Volume 391

https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2018.08.014.

  • Thordarson, T., Larsen, G., 2007. Volcanism in Iceland in historical time: Volcano types, eruption styles and eruptive history, Journal of Geodynamics, Volume 43, Issue 1, Pages 118-152,

https://doi.org/10.1016/j.jog.2006.09.005.

 

Thorvaldur Thordarson, T., Self, S., 2003. Atmospheric and environmental effects of the 1783–1784 Laki eruption: A review and reassessment, Journal of Geophysical Research, Vol. 108, NO. D1, 4011, doi:10.1029/2001JD002042

Faits historiques :

  • Kleeman Katrin

https://www.encyclopedie-environnement.org/societe/leruption-de-la-fissure-laki-1783-1784/#_ftn1

L’énergie en Islande et projets d’avenir

 

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