Yellowstone : la palette de l’artiste (partie 1)

La découverte géologique de notre planète s’est poursuivie cette fois après la Namibie, sur la côte Ouest des États Unis d’Amérique. Un milieu extrêmement fascinant où la nature s’est exprimée sans limite.  Du 12 juillet au 7 août 2016, un stage a été proposé par l’association « Méta Odos » animé par Jean-Yves Jolivel, avec comme intervenants de qualité : Alain Gourgaud Professeur Émérite en géologie/volcanologie à l’Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand et Christophe Noblet gérant de Géo-Explor et Géo formation, présent également au stage du Sultanat d’Oman.
Ce voyage nous a conduit inévitablement dans le célèbre parc national du Yellowstone. Un nom évocateur traduisant la couleur de la roche dans les affleurements de ses canyons. Mondialement connu, il s’agit du plus ancien parc protégé des États Unis depuis le 1er mars 1872. Il se situe sur un vaste plateau culminant à plus de 2 000 m d’altitude et se répartit sur trois états : le Wyoming à 91%, le Montana à 7,6% et l’Idaho à 1,4%. Le 8 septembre 1978, il a été intégré au patrimoine mondial de l’UNESCO.

Carte du parc du Yellowstone (Source : US)
Carte du parc du Yellowstone avec ses cinq entrées
(Source : U.S.G.S.)

Un supervolcan

Yellowstone est plutôt connu pour ses paysages d’une exceptionnelle beauté, et pourtant ! A partir des années 1960 des recherches géologiques ont mis en évidence que le site s’inscrit dans une gigantesque caldeira. Cet immense complexe hydrothermal, plus vaste que la Corse, avec ses 8 983 km2 conserve une grande collection de fonctionnalités hydrothermales dans une débauche de couleurs exubérantes. On dénombre pas moins de 300 geysers et environ 10 000 sources d’eau chaude et marmites de boue. Ce chaudron géant est animé par l’un des plus grands systèmes volcaniques actifs de la planète. En effet, il s’agit d’un volcan bouclier ignimbritique aux pentes faibles et doté d’une chambre magmatique de grande dimension. La topographie du site est ennoyée par des volumes d’ignimbrites très importants. Yellowstone est considéré comme étant un « supervolcan » c’est à dire un appareil qui a produit des volumes de matériel pyroclastique considérable, atteignant des milliers de km3 et ayant affecté le climat de la planète (2).

Porcelain Basin (Photo : André Laurenti)
« Porcelain Basin » dans le district des « Norris Geyser Basin »
(Photo : André Laurenti)

Les phases éruptives historiques majeures

L’histoire du volcanisme du Yellowstone se résume en trois phases éruptives majeures connues, comprises entre – 2 millions et – 600 000 ans.
La première a produit le tuf de « Huckleberry », il y a environ – 2.1 Ma avec un volume émis de 2 450 km3, comme si on recouvrait notre hexagone par 3,80 mètres de dépôts volcaniques. Cette méga-éruption a généré une caldeira de 75 à 95 x 40 à 60 km.
La seconde moins importante, a produit le tuf de Mesa Falls, il y a -1,3 Ma, éjectant 280 km3 de matière donnant une caldeira de 16 km de diamètre (Henry’s Fork Caldera).
Et enfin, la troisième a produit le tuf de Lava Creek, il y a – 640 000 ans avec un volume émis de 1 000 km3 plus modeste que la première, recouvrant tout de même de 1,6 mètres un territoire grand comme la France. Cette éruption a formé la caldeira actuelle grande de 85 x 45 km (2).
Depuis cette dernière grande éruption, il y a eu 23 petites éruptions dont la plus récente remonte à 70 000 ans.

Un milieu palpitant et bien vivant
(Photo : André Laurenti)

Sous le couvercle de la marmite

Avec un tel curriculum vitae, on a pourtant pas l’impression d’évoluer dans la caldeira d’un « supervolcan ». Hormis l’activité hydrothermale, on ne devine pas la présence de cône volcanique, mais plutôt un paysage verdoyant au relief tout en douceur. En fait, il faut plutôt voir ce qui sommeille sous le couvercle de cette gigantesque marmite. A l’aplomb du Yellowstone, le panache mantellique s’étale et affecte une grande zone. Depuis ce panache, le magma percole vers la surface et vient se stocker dans une chambre magmatique très alimentée, située sous une fine croûte comprise entre 8 et 10 km d’épaisseur seulement.  Dans ce réservoir bimodal on distingue tout en haut les rhyolites et le basalte en fond de cuve. Lors d’une éruption, c’est la rhyolite qui sortira en premier, les émissions de basalte marqueront la fin de l’éruption. Les relevés suggèrent que le volume du magma est de 15 000 km3, mais qu’il est pour l’essentiel cristallisé, seul 10 à 15 % du volume demeure fondus. Cette quantité serait toutefois suffisante pour générer une éruption d’intensité 8 sur l’échelle VEI (Volcanic Explosivity Index), mais il faudrait pour cela certaines conditions, notamment que la matière soit rassemblée au sommet de la cloche magmatique et qu’elle contienne suffisamment de gaz dissous pour devenir éruptif (2).

Structure profonde de Yellowstone
(Source : document pédagogique (2))
Paysage serein sur une marmite infernale
(Photo : André Laurenti)

Une caldeira sous surveillance

Toutefois, Yellowstone reste sous haute surveillance. Depuis le début des mesures en 1920, des déformations en surface sont régulièrement observées modifiant la topologie du terrain. En effet,  la caldeira définie comme étant résurgente, a connu un gonflement d’environ 1 m jusqu’en 1985, puis entre 1985 et 1995, une subsidence de 20 cm. A partir de 1996, le secteur du bassin hydrothermal de Norris a connu une surrection de 12 cm pendant que le reste de la caldeira connaissait une subsidence de 3 cm jusqu’en 2002-2003. Puis entre 2004 et 2006, la partie Nord-Ouest de la caldeira qui avait gonflé, a connu une subsidence de 8 cm pendant que la partie centrale a connu un gonflement de 16 cm et qui se poursuit encore aujourd’hui (2).
Malgré ces spasmes récurrents, les séismes et les phénomènes géothermiques, une éruption majeure n’est pas d’actualité, il est donc temps d’en profiter et de savourer pleinement ces paysages magiques.

La caldeira est surveillée régulièrement
(Photo : André Laurenti)

Norris Geyser Basin

Dans le parc du Yellowstone, nous débutons notre visite par « Norris Geyser Basin ». Il s’agit de la zone thermale la plus chaude et la plus changeante du site. Dans ce district figure le « Steamboat Geyser » le geyser actif parmi les plus hauts au monde, quand il le veut bien. On y découvre également des sources chaudes colorées et une vie microscopique dans l’un des environnements les plus extrêmes de la planète.
A partir du « Norris Museum » deux chemins partent en boucle et permettent de découvrir en sécurité ce lieu bien étrange.

« Steamboat Geyser » figure parmi les plus hauts geysers au monde, atteignant des hauteurs supérieures à 90 m, sa dernière grande éruption a eu lieu en 2005 et ignore la prochaine
(Photo : André Laurenti)
« Emerald Spring »
(Photo : André Laurenti)
Cistern Spring dans le site de Norris Geyser Basin (Photo : André Laurenti)
« Cistern Spring » se situe dans les « Norris Geyser Basin »
(Photo : André Laurenti)
Cistern Spring (Photo : André Laurenti)
Les débordements d’eau chaude et acide de « Cistern Spring » font mourir les pins tordus à proximité du bassin
(Photo : André Laurenti)

Dès les premiers pas, les odeurs piquantes et des vapeurs sifflantes nous plongent dans l’ambiance.  « Cistern Spring » et « Steamboat Geyser » attirent notre attention. Ce dernier qui se traduit par « geyser bateau à vapeur », est situé un peu plus en hauteur et serait relié en profondeur à « Cistern Spring ». Lors d’une éruption majeure du « Steamboat », l’eau du bassin de son voisin s’est drainée. En temps normal, Cistern possède une belle eau bleue qui se déverse  continuellement sur ses bords. Cette eau riche en silice se répand dans la forêt de pins tordus (pinus contorda) depuis 1965.  L’acide et la chaleur tuent les conifères, la végétation recule, mais celle-ci reprend très vite sa place dans les endroits où l’activité thermique a diminué ou disparu.

Black Pit Spring (Photo : André Laurenti)
« Black Pit Spring »
(Photo : André Laurenti)
L’eau grisâtre bouillonne dans cette marmite infernale
(Photo : André Laurenti)
Le fer, l'arsenic, le manganèse et l'aluminium se trouvent dans les dépôt d'Echinus Geyser hautement acide. Tout comme son voisin le Steamboat Geyser, il jaillit rarement (Photo : André Laurenti)
Le fer, l’arsenic, le manganèse et l’aluminium se trouvent dans les dépôts d’Echinus Geyser hautement acides. Tout comme son voisin le Steamboat Geyser, son activité est imprévisible
(Photo : André Laurenti)

Le bassin d »Echinus Geyser » est acide avec un pH de son eau allant de 3,3 à 3,6. Il  est assez paresseux, de 1878 à 1948 ce geyser a rarement été actif. Depuis, il fluctue selon son humeur, entre des périodes d’activité et de repos.  Il s’est manifesté assez régulièrement au cours des années 1990 en éclatant toutes les 35 à 75 mn, propulsant ses eaux entre 12 et 18 mètres de hauteur et invitant par la même occasion, les foules à son spectacle. A la fin de l’année 1998, ce geyser a modifié son activité devenant totalement imprévisible.

Plastic water
(Photo et titre : André Laurenti)
Perfect crater
(Photo et titre : André Laurenti)

Milieu extrême

« Norris Geyser bassin » est le district le plus chaud de Yellowstone. Les bassins contiennent des formes de vie primitives, des micro-organismes capables de résister dans des conditions extrêmes. Ils survivent à de fortes chaleur pouvant dépasser les 100° et aussi à un milieu très acide qui tuent instantanément la plupart des autres formes de vie. Ces bactéries thermophiles sont à l’origine de certaines couleurs étonnantes de ce site en perpétuelle métamorphose.

Hurricane Vent (Photo : André Laurenti)
« Hurricane Vent »
(Photo : André Laurenti)
Dans ce milieu la végétation est en souffrance (Photo : André Laurenti)
Dans ce milieu extrêmement acide, la végétation est en souffrance
(Photo : André Laurenti)
« Porcelain Basin »
(Photo : André Laurenti)
Résistance végétale
(Photo : André Laurenti)
A « Porcelain basin » les eaux de débordement sont souvent colorées par des minéraux et la présence d’algues
(Photo : André Laurenti)
(Photo : André Laurenti)

La palette de l’artiste

La couleur laiteuse du minéral déposé dans ce secteur a inspiré la désignation de bassin de porcelaine. Les particules de silice sont remontées à la surface par les eaux chaudes et se déposent sur les zones plates sous l’effet du refroidissement des eaux. Ce lieu palpitant est en perpétuel changement. Au fil des pas, je découvre cet immense tableau naturel, une palette où l’artiste puise et compose à sa guise cette œuvre scientifique.

Narines de porcelaine
(Photo et titre : André Laurenti)
(Photo : André Laurenti)
Dans un patchwork de couleur, le mini geyser projette des étincelles d’eau 
(Photo : André Laurenti)
Un peu partout des nuances de couleurs semblent artificielles
(Photo : André Laurenti)
(Photo : André Laurenti)

Les dépôts de geyserite s’accumulent très lentement, moins de 2.5 cm par siècle. La geyserite la plus ancienne est de couleur grise, tandis que la plus récente est blanche.

La palette de Porcelain Basin
(Photo : André Laurenti)

Quand la terre vibre à Yellowstone

Ces fluctuations du sol rappellent celles des champs Phlégréens de la baie de Naples, évoquées sur ce blog.
Chaque année, plus de mille séismes de faible magnitude sont enregistrés dans la caldeira. Le 30 mars 2014 un séisme de magnitude 4.7 a été détecté à seulement 6 km au Nord-Est de Norris Geyser Basin. Il s’agit de la plus forte secousse enregistrée depuis 1980 (2).
L’énergie d’un tremblement de terre peut entraîner des modifications dans le sol. Ainsi, ces changements sont susceptibles d’affecter l’approvisionnement en eau  des sources chaudes. La survenance d’un séisme peut détourner l’eau d’un bassin, l’amenant même à se tarir et également augmenter ou diminuer la température de l’eau. Après le tremblement de terre d’Hebgen lac le 17 août 1959, tous ces changements ont été observés dans divers endroits des bassins de geyser Firehole River. L’épicentre de ce puissant séisme de magnitude 7.3, a été établi à environ 50 km au nord-ouest de cette zone. Il a causé un glissement de terrain estimé a 80 millions de tonnes, tuant 28 campeurs installés le long du lac Hebgen.

Petites terrasses de geyserite
(Photo : André Laurenti)

Visite de Midway Geyser Basin

Le site actif de « Midway Geyser Basin » est le plus visité. Il regroupe « Turquoise Pool », « Opal Pool », et les deux immenses geysers l’Excelsior Geyser (90 mètres de diamètre)  et l’emblématique « Grand Prismatic Spring » (112 mètres de diamètre).

Dans les années 1880 « Excelsior Geyser » a jailli en rafales entre 15 à 90 m de haut. La violence de l’éruption a formé le cratère déchiqueté actuel et a rompu système d’alimentation souterrain du geyser, provoquant l’arrêt des éruptions à partir de 1890. Excelsior devient une simple source chaude.
Le 14 septembre 1985, Excelsior reprend un peu de vigueur avec un jaillissement de 9 m de hauteur. Il est impossible de prévoir quand la prochaine éruption puissante de ce geyser se produira.

« Excelsior Geyser » dans le district de « Midway Geyser Basin »
(Photo : André Laurenti)

Bien que ses éruptions sont irrégulières, Excelsior a un débit constant avec plus de 15 000 litres d’eau à 93° par minute, une eau que se déverse en contre bas dans la rivière Firehole.

L’eau de l’Excelsior se déverse dans la rivière Firehole.
(Photo : André Laurenti)

Le Grand Prismatic profond de 37 mètres, représente la plus grande source chaude de Yellowstone et la troisième du monde. Plusieurs milliers de litres montent des profondeurs de la terre toutes les minutes. Les années précédentes, il était possible d’avoir une vue d’ensemble sur cette merveille en prenant un peu de hauteur. Le chemin qui conduit à un balcon dominant le Prismatic  a été fermé au public en 2016 pour des raisons de travaux.

Le Grand Prismatic est profond d’environ 37 mètres
(Photo : André Laurenti)
Plusieurs milliers de litres montent des profondeurs du « Grand Prismatic » chaque minute
(Photo : André Laurenti)
Le Grand Prismatic Spring vu du sol
(Photo : André Laurenti)
Heureusement « Google » est là pour voir de plus haut
(Source : Google Maps 2016)

Le « Grand Prismatic spring » reste la source chaude la plus remarquable, la plus vaste dans une débauche de couleurs, une splendeur presque irréelle.

Un milieu qui se respecte

Les zones actives sont généralement bien aménagées, mais elles sont de plus en plus fréquentées par de trop nombreux touristes. Malgré les recommandations, les accidents surviennent quand même et le seront probablement davantage. L’année 2016 a vu la disparition dramatique d’un jeune homme de Porthland, en voulant quitter les chemins aménagés, il a chuté dans un bassin, son corps s’est entièrement dissous dans les eaux acides d’une des marmites des « Norris Geyser basin »(1).

A suivre : voir la partie 2

Sources documentaires :

1 – Lascar Olivier – « Il tombe dans une source acide de Yellowstone : son corps est entièrement dissous » – Sciences et Avenir – publié le 9 juin 2016.

2 – Gourgaud Alain, Noblet Christophe, Jolivel Jean-Yves – Découverte géologique de l’ouest des USA – document pédagogique 2016 – 179 pages

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