Viscosité

La viscosité des magmas

Introduction

Parmi les paramètres physico-chimiques d’un magma, la viscosité est probablement le paramètre le plus influant sur la dynamique éruptive du volcan. En effet, la viscosité indique la capacité d’un fluide à résister à son écoulement. L’importance de ce paramètre est due à ses variations sur plusieurs ordres de grandeur au sein des magmas naturels. Du fait que la dynamique éruptive d’un volcan est principalement contrôlée par les modalités d’ascension des magmas et de leurs facultés à relâcher les gaz dissous, la viscosité du magma apparait comme le paramètre déterminant qu’il convient de bien définir. La viscosité d’un magma est un paramètre très complexe qui dépend de nombreux autres paramètres comme la composition chimique du magma, sa teneur en eau dissoute, sa température ainsi que sa teneur en bulles de gaz et en cristaux.

Le rôle de la composition chimique

Le liquide magmatique est constitué de plusieurs composants qui tendent à s’organiser et ce, même à l’état liquide. En d’autres termes, des molécules ou groupes de molécules s’associent en monomères, dimères,…. Cette polymérisation entraîne une diminution de la capacité de mouvement des molécules et confère au liquide la capacité de résister à des forces et donc se traduit par une augmentation de la viscosité.
Chaque oxyde joue un rôle différent sur ce que l’on appelle le degré de polymérisation (voir figure 1). En effet, certains éléments, comme le silicium (sous la forme de tétraèdre SiO₄), augmente le degré de polymérisation et donc la viscosité par construction de ponts moléculaires. Certains éléments au contraire ont tendance à briser la polymérisation. On appelle ces éléments des modificateurs de structure (Fe, Mg, alcalins,…). L’eau dissoute joue aussi ce rôle et possède une très forte influence sur la viscosité en la diminuant significativement.

Figure 1 : Degré de polymérisation d'un magma silicaté

Le rôle de la température

La température d’un corps correspond à la valeur moyenne de son énergie interne. Une augmentation de la température entraîne aussi une augmentation des vibrations de chaque atome, le rendant ainsi plus mobile. Une augmentation de la température d’un magma se traduit donc par une diminution de la viscosité. Ce paramètre seul permet de faire varier la viscosité sur plusieurs ordres de grandeur (voir figure 2).

Figure 2 : Effet de la température et de la composition chimique sur la viscosité d'un magma

Le rôle de la présence de cristaux

Les cristaux présents dans un magma ont tendance à faire obstacle à son écoulement par une augmentation des forces de frottement entre chaque couche de liquide. Par conséquent, plus la teneur en cristaux est élevée, plus la viscosité est forte.

Le rôle de la présence de bulles de gaz

L’influence des bulles de gaz sur la viscosité est variable selon que la bulle est capable de se déformer ou non.

• Si les bulles ne peuvent pas se déformer, elles agissent comme des cristaux et donc contribuent à une augmentation de la viscosité.
  
• Si les bulles peuvent se déformer, le comportement est inversé. En effet, leur déformation contribue à diminuer les forces de frottement et ainsi entraîne une diminution de la viscosité.
  

En règle générale, la déformation des bulles dépend de leur taille. Des petites bulles ne se déformeront pas facilement alors que de grosses bulles se déforment aisément.

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