Ungeyser est un type particulier de source d'eau chaude qui jaillit par intermittence en projetant à haute température et à haute pression de l'eau et de lavapeur[1].
Le terme geyser provient du nom du plus célèbre geyser d'Islande, nomméGeysir, situé àHaukadalur, sur leCercle d'or dans le sud de l'île. Ce nom est dérivé du verbeislandaisgjósa/geysa (en françaisjaillir), lui-même provenant duvieux norrois[2].
L'activité des geysers, comme celle de toutes les sources chaudes, est liée à une infiltration d'eau en profondeur. L'eau est chauffée par sa rencontre avec une roche, elle-même chauffée par lemagma ou par l'action dugradient géothermique (le fait que la température et lapression augmentent avec la profondeur), c'est pourquoi il est possible de trouver des sources d'eau chaude et des geysers dans les régions non volcaniques. Cette eau, chauffée et mise sous pression, jaillit alors vers la surface par effet deconvection. Les geysers diffèrent des simples sources chaudes par la structure géologique souterraine. L'orifice de surface est généralement étroit, relié à des conduits fins qui mènent à d'imposants réservoirs d'eau souterrains.
L'intensité des forces en jeu explique la rareté du phénomène. Autour de nombreuses zones volcaniques, on peut trouver des sources chaudes accompagnées de fumerolles (îleSainte-Lucie,Java,Dallol, etc.). Mais souvent, les roches sont trop friables, ce qui engendre uneérosion rapide et condamne l'apparition d'un geyser qui doit disposer de conduits naturels étroits et résistants.
L'activité d'un geyser est assez fragile et capricieuse ; certains se sont éteints parce qu'on y avait simplement jeté des déchets, d'autres parce qu'on y avait exploité l'énergie géothermique[1].
De l'eau s'introduit dans le réservoir du geyser (qui est proche d'unepoche magmatique) par infiltration puis, en s'accumulant dans le réservoir, elle monte dans le conduit étroit, résistant et haut[2]. Il faut rappeler que la pression ne dépend pas du volume mais de la hauteur, et que plus la pression est grande plus latempérature d'ébullition est élevée. Ainsi l'eau du conduit va faire pression sur l'eau du réservoir et augmentera la température d'ébullition. Au bout d'un certain temps, lapoche magmatique aura suffisamment chauffé pour vaporiser une partie de son eau, créant ainsi une bulle devapeur qui va remonter vers la surface. Or, le seul chemin de sortie est le conduit, où la bulle va donc s'engouffrer. Elle va pousser vers le haut l'eau du conduit, qui n'exercera donc plus la pression sur l'eau du réservoir. Cette dernière va entrer en ébullition, donc se dilater et pousser toute l'eau du geyser vers l'extérieur[2].
L'éruption se termine par épuisement du réservoir. Un nouveaucycle éruptif (ou séquence éruptive) reprend quand il s'est de nouveau accumulé suffisamment d'eau dans le réservoir pour que l'eau monte et commence à se vaporiser. La durée de chaque éruption et le temps séparant deux éruptions varient d'un geyser à l'autre, et leur régularité est également variable.
Séquence éruptive du geyser de Strokkur, enIslande : geyser inactif, arrivée des bulles de gaz, naissance du geyser puis vidange de la colonne d'eau.
Il existe deux types de geysers. Le geyser dit « en cône » est terminé 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, dans leParc national de Yellowstone, auxÉtats-Unis.
L'autre type de geyser est le geyser dit « fontaine ». 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 par exemple duStrokkur.
Carte de répartition des geysers dans le monde.Geysers d'El Tatio (Chili)Geyser au Japon (Nagano)Vallée des geysers au Kamtchatka
Les geysers sont relativement rares car dépendants de conditions climatiques et géologiques que l'on ne retrouve qu'en peu d'endroits sur terre. Il existe de par le monde cinq zones principales de geysers et six autres zones secondaires avec moins de geysers[1],[2] :
Il existe des geysers dans leNevada, aux États-Unis. Ils sont aujourd'hui éteints, à cause de l'industrie thermale, mais il en subsiste toujours un dans l'État voisin de l'Utah, leFly Geyser.
Yellowstone est de loin la zone la plus active au monde avec près de 400 geysers recensés[1]. Le parc possède en outre les deux spécimens les plus imposants dont le célèbre Old Faithful.
AuKenya, c'est au lac Bogoria[3], situé dans le même axe volcanique que le fameuxlac Turkana, que l'on peut trouver des dizaines de sources chaudes bouillonnantes et des geysers, gazeux et en cônes.
ÀSainte-Lucie, on trouve en particulier des fumerolles et desmares de boue. De petits geysers sont aussi présents mais ne dépassent pas les 50 centimètres.
Puits géothermique jaillissant duOld Faithful of California à Calistoga en CalifornieLe geyser d'Andernach (vallée du Rhin) est le plus haut geyser d'eau froide au monde.
Dans des sites où existe uneactivité géothermique, l'homme a parfois foré le sol, bâti des conduits étanches qui permettent à des sources chaudes de jaillir comme des geysers. Ces geysers artificiels sont appelés « puits géothermiques jaillissants ». Le résultat peut être assez spectaculaire comme pour leOld Faithful of California à Calistoga enCalifornie (à ne pas confondre avec leOld Faithful du Parc de Yellowstone, véritable geyser celui-là). Sur le même principe est construit leStrókur (avec un seulk, contrairement auStrokkur), àReykjavik[4].
On appelle aussi jaillissement perpétuel (en anglaisperpetual spouter), une source chaude ou un puits géothermique dont l'eau jaillit en permanence. Appelé également geysers, ils n'en font pas vraiment partie car leur rythme est trop régulier.
Un autre cas surprenant de geysers partiellement dus à la nature est celui du jaillissement duFly Geyser en plein milieu dudésert de Black Rock (Nevada,États-Unis). Ce geyser, encore actif aujourd'hui, apparu 50 ans après le forage d'un puits en 1916 par les propriétaires d'un ranch, est dû à une source géothermique ayant rencontré un point faible dans la maçonnerie : les minéraux éjectés et dissous se sont empilés et ont créé le promontoire, terminé par trois cônes, d'où sort ce geyser rouge et orange ainsi juché sur une plate-forme decalcaire qui continue à grandir.
Il arrive également que des sources d'eau froide jaillissent à la manière d'un geyser par la pression dudioxyde de carbone dissous dans l'eau. Il ne s'agit pas de geysers, bien qu'on les appelle souvent « geysers d'eau froide »[réf. nécessaire]. Les plus connus sont leCrystal Geyser(en) dans l'Utah (États-Unis) et legeyser d'Andernach enAllemagne. En France, on trouve des geysers d'eau froide, de petite taille (jets de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres de haut), notamment àBellerive-sur-Allier, près de Vichy, àVals-les-Bains, en Ardèche, ou encore enAuvergne (la Gargouillère à Lignat, commune deSaint-Georges-sur-Allier, àMirefleurs, geyser Brissac). Bien que les projections puissent atteindre quelques mètres, le terme de « source intermittente » semble plus approprié pour ces derniers cas.
Il peut aussi s'agir d'unpuits artésien, mais dans ce cas la pression provient de la configuration géologique de la nappe d'eau, la sortie de l'eau étant un point bas de la nappeaquifère.
Le geyser maritime est untrou souffleur littoral où des jets d'eau de mer sont propulsés. Il s'agit donc d'un faux geyser. Le trou souffleur littoral communique avec unegrotte marine ou une galerie sous-marine, où la force des vagues comprime une certaine quantité d'air qui, au ressac, subit une ré-expansion rapide permettant d'expulser l'eau hors de la cavité. Ce phénomène peut être observé fréquemment sur des sites de grottes marines, entre autres avec le spectaculairegeyser maritime de Kiama, enNouvelle-Galles du Sud, Australie.
La Terre n'est pas la seule planète à posséder des phénomènes qui ressemblent à des geysers. Trois satellites du système solaire,Triton[5],Encelade[6],[7] etIo, en possèdent.
Jets de liquide sur Triton.
Jets de liquide sur Encelade (vue d'artiste).
Haut volcanisme d’Io, où l'on peut apercevoir des volcans et des jets de liquide.
SurTriton, une lune deNeptune, des panaches d'azote liquide ont été observés. On ne connaît pas l'origine de ces jets de liquide mais l'action duSoleil y est sans doute prédominante. Sous la surface glacée (et relativement transparente) du satellite, la glace d'azote fondrait aux niveaux où la lumière serait le plus absorbée, puis la pression montant, le fluide s'échapperait par des fissures. Dès la sortie, dans le vide presque parfait, le liquide se transforme en un aérosol de gaz et de cristaux. Ces panaches de jets d'azote montent jusqu'à 8 000 mètres dans l'atmosphère (ténue) de Triton avant de retomber sous forme de neige azotée. Ce phénomène est appelécryovolcanisme.
Les sources chaudes et les geysers peuvent abriter desarchées thermophiles résistant à l'eau très chaude et au manque d'oxygène. Les couleurs rouges, jaunes, bleues et vertes des bassins thermaux, les filaments blancs ou les sortes de « feuilles » brunes et gluantes entourant la mare d'eau chaude d'un geyser ou d'une mofette sont en fait desorganismesthermophiles (ou des types distincts decyanobactéries), vivant dans l'eau soufrée et surchauffée des bassins thermaux.
C'est seulement dans les années 1960 que les scientifiques purent démontrer l'existence de ces archéobactéries vivant dans l'eau des sources chaudes, et en particulier l'espèceThermus aquaticus, décrite parThomas Brock en 1969, notamment grâce aux études menées au Yellowstone, et en particulier dans le bassin duGrand Prismatic Spring. Cette découverte a conforté la théorie selon laquelle les cyanobactéries sont à l'origine de l'apparition dudioxygène dans l'atmosphère terrestre (Grande Oxydation) : auProtérozoïque l'eau de mer était à environ80 °C[10], c'est-à-dire à la même température que les sources chaudes d'aujourd'hui, et les archéobactéries pouvaient abonder dans les océans.
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