Les geysers en Islande
LE JAILLISSEMENT DE L'EAU
Comment l'eau arrive t'elle à jaillir à la surface de la Terre?
Le terme geyser provient du nom du plus célèbre geyser d'Islande nommé Geysir, situé à Haukadalur au sud de l'île. Le mot Geyser en islandais signifie:
« le jaillisseur »
Il y a de nombreux phénomènes para-volcaniques en Islande: dont les geysers. Un phénomène para-volcanique, est tout phénomene géologique actif indirectement lié au volcanisme et à l'activité volcanique.
En fait, il existe deux types de geysers sur le globe.
Le geyser dit « fontaine » : qui est déterminé 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 à Yellostone aux Etats Unis.
Le geyser dit « gazeux » :
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 du Strokkur en Islande.
C'est ce type de geyser que l'on trouve donc en Islande et qui nous interesse pour nos Tpe.
On retrouve cette plaque au bord du site en Islande où se trouvent tous les geysers.
Elle représente la taille des gerbes d'eau des plus grands geysers au monde.
En Islande, le Strokkur est le geyser le plus actif. Il est situé juste à côté de Geysir, le célèbre geyser qui a donné son nom à ce phénomène. Contrairement à Geysir qui peut rester pendant des années sans éruption, Strokkur est très actif et produit une éruption toutes les 5 à 10 minutes. Il projette de l'eau chaude dans les airs à une hauteur de 20 à 35 mètres.
Dans les sites où il existe une activité géothermique, ce qui ne manque pas dans le pays Islandais, les hommes ont parfois foré le sol afin de bâtir des conduits étanches qui permettent à des sources chaudes de jaillir comme de vrais geysers. Ces geysers artificiels sont appelés:
« puits géothermiques jaillissants ». En Islande il existe Strokur (avec un seul k, contrairement au Strokkur) qui est un geyser artificiel situé à Reykjavik.
Les geysers sont très fragiles et rares, leur vie ne s’apparente pas à celle d’un long fleuve tranquille. C’est un phénomène qui ne peut se former que dans des conditions d’hydrologie et de géologie bien particulières. Les geysers dépendent de leur environnement.
Il arrive que certains geysers meurent au profit de centrales géothermiques, créées par l'homme. Ou bien, les parois rocheuses des geysers peuvent ne pas être assez solides, une érosion rapide les condamnent alors. Certains ont été abimés par la main humaine : ils ont été stimulés par des jets de pierre, qui ont fini par fermer le conduit de la source. Mais ce sont les tremblements de terre qui influencent le plus la destinée des geysers : après un séisme, la fréquence de jaillissement peut réduire, voire s’arrêter totalement, ou au contraire connaître un beau regain d’activité comme pour Geysir: le geyser d’Islande qui a maintenant une activité très réduite et rare sauf durant un séisme ou un tremblement de terre.
Les geysers sont une sorte particulière de sources d'eaux chaudes qui jaillissent de façon régulière en projetant de l’eau à très haute température et de la vapeur d’eau.
Le geyser se présente sous la forme d'un réservoir d'eau souterrain d'un volume important qui est situé à plusieurs mètres sous la surface du sol au dessus d'une poche magmatique. Ce long conduit qui débouche à l'extérieur est alimenté par un réseau de fractures dans lesquelles circulent et se remplient progressivement les eaux de pluie qui au contact des roches volcaniques très poreuses et très chaudes atteignent des températures tres élevées : jusqu'à 200 degrès.
Les geysers sont dotés de conduits souterrains creusés dans une roche assez solide pour résister aux conditions de température et de pression infligés par la structure.
Dans des conditions dites normales ou habituelles l'eau se vaporise à 100°C : mais dans un geyser ce n'est pas le cas. En effet, au fur et à mesure que le réservoir et les conduits se remplissent, la température et la pression augmentent (cliquez pour voir l'expérience), empêchant l’eau de bouillir dans le réservoir.
Cette pression dans le réservoir n'est pas uniforme, plus on remonte moins la colonne d'eau est grande, moins la pression est importante, du coup des petites bulles de vapeur d'eau commencent à se former, elles remontent à la surface en évacutant un peu d'eau.
Effectivement dans un geyser, l'eau qui se trouve en profondeur est plus chaude que celle de surface. Étant donné que l'eau chaude est moins dense que l'eau froide, elle remonte dans la cheminée et pousse la colonne d'eau qui est située au dessus, formant une bulle d'eau en surface, juste avant le jaillisement du geyser. C'est un phénomène de convection.
On peut noter que la pression de l'eau du conduit sur l'eau du réservoir dépend de la longueur de la cheminée [plus la cheminée est longue, plus la pression est grande et plus la température d’ébullition est élevée].
A un moment donné, la pression qui s'exerce n'est plus assez forte et l'eau qui remonte se change en vapeur. Cette bulle emprunte alors la seule sortie possible qui est la cheminée et prend alors plus de volume. Résultat, la colonne d'eau est moins haute, la pression est donc moins grande, l'eau au fond du reservoir peut donc se vaporiser. Des bulles remontent et en remontant elles entrainent l'eau contenu dans le conduit qui jaillit a l'exterieur sous la forme d'un puissant jet : c'est le phénomène du geyser.
Ce diagramme montre que l'eau peut exister sous trois états, solide, liquide ou gazeux, selon les conditions de température et pression. On voit par exemple, qu'à pression ambiante (1 atm.), on n'obtiendra jamais de l'eau liquide plus chaude que 100° C, mais qu'à pression plus élevée, cela est possible; c'est le cas du geyser. Tout au long des courbes solide-liquide et liquide-vapeur, les deux phases sont en équilibre. Au point triple, les trois phases sont en équilibre. Dépassé le point critique, défini par la température critique (Tc) et la pression critique (Pc), les phases liquide et gazeuse ne peuvent plus être distinguées. Dans le réservoir d'un geyser, la pression est plus forte que la normale et donc sa température d'ébullition est supérieure, ce qui nous permet d'obtenir de si fortes températures au sous-sol.
Conclusion partielle:
Le geyser est une merveille pour la physique, son réservoir dans les entrailles de la Terre fait augmenter la pression et donc la température d'ébullition de l'eau. Après avoir atteint parfois 200°C, des bulles de vapeur se forment et commencent à remonter, puis transportent à des dizaines de mètres de hauteur tout ce volume d'eau bouillante. Le phénomène de pression expliqué, il reste maintenant à expliquer celui du chauffage de l'eau en profondeur et la formation de la couleur bleue que l'on remarque à la surface.
Durant notre tpe, nous avons fait appel à Claire, une dame que connait Ilona, qui est allée il y a deux ans en Islande. Elle nous a raconté ses impressions face au geyser Strokkur.
D’abord tout semblait calme, un fond bleuté au centre de ce trou d’une quinzaine de mètres de diamètre, une eau qui ondulait par moments, on retenait notre souffle. Le niveau montait, redescendait et nous attendions. Plus tard, le phénomène s’est enclenché. Une superbe boule bleu s’est formé à la surface avant de grandir un peu, puis elle a explosé violemment dans un bruit strident et gazeux. Le jet s’élevait de plus en plus, jusqu’à atteindre 20 à 30m de hauteur. Puis...nous étions tous mouillés. Ce fut magique.
Nous sommes restés sur place un long moment, nous attendions les éruptions suivantes, encore et encore... Quand nous sommes repartis, nous étions étonnés d’être restés une heure à admirer ce petit joyaux [...] . C’était un voyage magnifique, et nous aimerions y revenir.