Fonctionnement

Comment un geyser fonctionne-il ?

Maintenant que nous comprenons comment les éléments clés d'un geyser fonctionnent, essayons de voir comment ces parties travaillent ensemble pour créer de telles éruptions spectaculaires.

Au fond de chaque geyser se trouve une cavité remplie d'eau très chaude et de gaz. Cette chambre est reliée à la surface par un conduit dont la paroi peut avoir été lissée et renforcée par les sels minéraux provenant de l'eau du geyser (voir partie précédente).

Le processus commence par l'eau qui migre vers le système de conduits du geyser à travers les fissures du sol. Puisque ces conduits se situe à des kilomètres de profondeur, l'eau au fond du conduit du geyser est soumise à une pression incroyable à cause de la hauteur de la colonne d'eau dans la cheminée. Plus le conduit est haut et plus la pression régnant dans la chambre est importante.

Pour bien comprendre le fonctionnement d'un geyser, il faut rappeler que les différents états de l'eau dépendent du couple pression-température. A la pression atmosphérique normale, la vaporisation (passage du liquide au gaz) de l'eau se fait à 100°C; mais pour une pression supérieure la température d'ébullition sera plus élevée. C'est le principe d'un autocuiseur.

Voyez donc le geyser comme une cocotte-minute géante. Elle marche avec une enceinte pressurisée qui permet de cuire les aliments beaucoup plus rapidement que la cuisson dans une casserole normale. Les autocuiseurs peuvent faire cela parce que le point d'ébullition de l'eau s'élève car elle est sous pression. Pensez à ce qui se passe réellement quand l'eau bout : de l'eau commence à bouillir et les bulles de vapeur d'eau commencent à faire surface. Si plus de pression pousse vers le bas sur l'eau, l'eau a de plus en plus d'énergie (sous forme de chaleur) pour surmonter cette pression et commencer à pousser les bulles à la surface. Ceci explique pourquoi l'eau dans un autocuiseur peut atteindre des températures de plus de 125 °C en restant liquide, tandis que le point d'ébullition de l'eau à la pression atmosphérique (101,3 kilopascal soit ~1 bar) est à seulement 100 degrés Celsius.

Sur ce graphique , on voit que plus la pression augmente, plus la température de l'eau doit être élevé pour qu'elle se vaporise.

Considérons maintenant l'énorme pression au sein du réservoir. L'eau dans un tel système peut atteindre des températures très élevées avant de commencer à bouillir.

Peu à peu, l'eau commence à atteindre son point d'ébullition et devient turbulente. En haut de la cheminée la pression est moins grande car la colonne d'eau est moins haute; de petites bulles commencent à se former et remontent à la surface en entraînant un peu d'eau, ce qui provoque des éclaboussures et des débordements. La colonne d'eau est donc moins haute, diminuant la pression exercée sur l'eau restante au fond du conduit et dans le réservoir. Suite à cette soudaine chute de pression, qui correspond à une baisse du point d'ébullition, l'eau du réservoir peut se vaporiser.

On sait que les molécules dans un gaz sont relativement éloignées entre elles, donc l'eau à l'état gazeux prend plus de place qu'à l'état liquide. La vapeur, qui n'a pas la place nécessaire, pousse alors violemment l'eau hors du conduit dans une violente éruption.

Cette éruption durera tant que l'eau dans le geyser restera assez chaude pour pousser l'eau hors de la cheminée. Finalement, le système entier sera à court d'eau ou bien l'eau se refroidira en bas et l'éruption s'arrêtera. Et le cycle recommence encore une fois, deux fois, et indéfiniment.

L'éruption

En résumé, l'eau au fond du réservoir est au contact des roches chaudes. La colonne d'eau présente dans le conduit a pour effet d'augmenter la pression dans le réservoir et par conséquent la température d'ébullition. Cependant, plus haut dans le conduit, la pression est plus faible et l'eau peut se vaporiser. Un peu d'eau jaillit, la colonne d'eau diminue donc la pression aussi et l'eau contenue dans le réservoir peut se vaporiser à son tour. La vapeur repousse alors l'eau du conduit sous la forme d'un puissant jet.

Séquence éruptive du Strokkur en image

Peut-on prédire les éruptions d'un geyser ?

Un geyser n'est jamais précoce ou tardif et une prédiction est tout simplement une bonne estimation du moment où une éruption peut se produire. Dans la plupart des cas, les prévisions sont basées sur les informations et observations des intervalles précédents et la longueur, la taille et les caractéristiques des éruptions passées.

Old Faithful ("Le vieux fidèle"), a été nommé ainsi en raison de la régularité de ses éruptions. Cependant, malgré le mythe, ce geyser n'a jamais éclaté à un intervalles horaires exactes, et ce n'est ni le plus grand geyser ni le plus régulier à Yellowstone. Cependant, il jaillit plus fréquemment que tous les autres grands geysers. L'intervalle entre ses éruptions peut varier de 35 à 120 minutes. On peut calculer l'heure de la prochaine éruption en fonction de la durée de l'éruption précédente . Plus l'éruption dure longtemps, plus la prochaine sera espacées. Et cela est compréhensible car si beaucoup d'eau a été expulsée, il faudra plus de temps pour que le réservoir se re-remplissent et que l'eau chauffe à nouveau. Cependant, avec ce système, on ne peut prévoir qu'une seule éruption à la fois.

Il est impossible de prédire le temps d'éruption de la plupart des geysers en raison des interactions qui ont lieu entre des facteurs en constante évolution. Il s'agit notamment des séismes qui, lorsqu'ils ne provoquent pas l'arrêt du geyser, affectent sont fonctionnement; mais aussi les processus en cours au sein des canaux souterrains, ou encore l'apport de chaleur.

Par exemple Geysir, en 1930, s'est arrêté de jaillir pendant 40 ans à cause d'un séisme. Cependant en 2000 se produisit à nouveau un séisme qui le fit jaillir à 122 mètres pendant 2 jours et depuis ce séisme le geyser a retrouvé une certaine activité.

La plupart des geysers partagent des conduits avec d'autres sources d'eau chaude ou geysers. Un petit geyser qui entre en éruption peut aussi signaler l'éruption d'un plus gros à côté, mais l'écart est de quelques secondes. (donc ce n'est pas une prédiction)

Au fil des ans, l'observation a révélé que certains geysers ont des caractéristiques pré-éruptives qui fournissent des indices pour prédire un temps d'éruption. Toutefois, ces caractéristiques peuvent changer à tout moment!

Préc.
1
2
Suiv.