Introduction :

La dernière éruption phréatique du volcan Karthala au mois d’Avril 2005 a mis en lumière un nouveau risque volcanique sur l’île de Ngazidja (Grande Comore) avec les cendres volcaniques sur une île dont le système d’approvisionnement en eau repose avant tout sur des citernes en majorité ouvertes pour la collecte des eaux pluviales. Le pays n’a jamais été préparé à une telle éventualité et, en dehors de l’utilisation des camions-citernes pendant la crise volcanique pour approvisionner les villages sinistrés, cela a été le silence radio des autorités locales sur les mesures de prévention à prendre et les risques à court et à moyen terme pour la population, l’agriculture, l’élevage et l’environnement.

Holambe a donc décidé de contacter certains des meilleurs spécialistes mondiaux de la question. Les Américains qui pourtant suivent une profusion de volcans sur leur territoire, de l’Alaska à Hawai, ont recommandé l’équipe néo-zélandaise (Institute of Geological & Nuclear Sciences) et en particulier le Dr. David Johnston pour son expertise unique sur les retombées des cendres volcaniques et leurs effets sur la santé et l’environnement. L’équipe travaille dans la région volcanique d’Auckland (5 volcans), dispose de moyens d’investigations conséquents et travaille en réseau avec d’autres experts de la région Pacifique.

C’est sur la base de ces échanges que Holambe présente cet article à ses lecteurs en espérant que les responsables Comoriens prendront conscience du problème, et donneront aux techniciens Comoriens, les moyens de rechercher l’expertise internationale et imaginer des solutions durables.

Le problème :

Les cendres volcaniques sont le produit qui est le plus dispersé lors des éruptions volcaniques explosives, à l’origine de plusieurs risques. Même de faibles chutes de cendres (quelques mm) peuvent causer la perturbation de services tels que la distribution de l’eau, de l’électricité et des systèmes d’égouts. Des chutes fréquentes de cendres peuvent survenir à des centaines de kilomètres d’un volcan en éruption et peuvent se traduire par une contamination des approvisionnements en eau dans les régions éloignées.

Propriétés des cendres :

Les dépôts de cendres volcaniques sont composés de proportions variables de particules minérales, de cristaux/minéraux et de particules lithiques (particules issues de roches). Ces différents éléments de petite taille constituant les cendres déterminent les propriétés physiques de celles-ci. De plus, les composants des cendres les plus réactifs chimiquement sont des films minces de composants divers (sels) issus des gaz du magma, qui adhèrent à la périphérie des grains.

 - L’épaisseur et la taille du grain :
L’épaisseur et la taille moyenne du grain des dépôts de cendres décroissent exponentiellement avec la distance du volcan émetteur.

Figure A

Figure A : Éruption du Ruapehu en Nouvelle Zélande le 17 Juin 1996.

Figure B

Figure B : Distribution granulométrique et photos en microscopie électronique (50x) d’échantillons de cendres du Ruapehu prélevés le 17 juin 1996 à Kilnoch (75 km), Rotarura (140 km) et Te Puke (179 km), de gauche à droite en ordre croissant de la distance du cône du volcan. On notera que la granulométrie moyenne des cendres décroit avec l’augmentation de la distance du volcan : on passe ainsi de 176 microns à 75 km, à 134 microns à 140 km et à 93 microns à 179 km.
Source : Institute of Geological & Nuclear Sciences (Nouvelle Zélande)

La distribution des cendres dépendra de la distribution de la granulométrie initiale du rejet, de l’intensité de l’éruption, des dynamiques de la colonne d’éruption et de ses interactions avec le vent.

 - La densité :
La densité des particules individuelles peut varier de 700 à 1200 kg/m3 pour les clastes à base de pierre ponce, 2350-2450 kg/m3 pour les tessons de verre, 2700-3300 kg/m3 pour les cristaux et 2600-3200 kg/m3 pour les clastes lithiques (lithoclastes). La taille du grain, la composition et la forme de la particule semblent être les principaux facteurs contrôlant la densité brute. Les particules moins sphériques (plus irrégulières) vont mal se tasser, conduisant en une haute porosité et en faible densité brute. L’agrégation des particules avant le dépôt se traduira par un tassement élevé de particules et par une haute densité.

 - Abrasivité :
L’abrasivité des cendres volcaniques est une fonction de la dureté du matériau formant les particules et leur forme. Les particules de cendres ont communément des extrémités brisées et affilées qui les rendent très abrasives.
L’abrasivité des cendres est à l’origine du niveau élevé d’usure dans toute usine ou machinerie avec laquelle elles entrent en contact. Par conséquent, une maintenance régulière est nécessaire pour l’usine ou la machinerie utilisée pour le nettoyage des cendres et les opérations de nettoyage.

 - Composants solubles :
Les grains de cendres fraîchement tombés présentent des sels qui enrobent leur surface et/ou de l’humidité qui les rendent modérément corrosifs et potentiellement conducteurs. Ces enrobages solubles sont dérivés des interactions dans la colonne d’éruption entre les particules de cendres et des aérosols qui, peuvent être composés de gouttes d’acides sulfurique (H2SO4) et chlorhydrique (HCl) avec des sels halides adsorbés. Ce processus est plus actif à proximité du volcan (c’est-à-dire à moins de 50 km), bien que la quantité d’aérosols disponibles varie grandement même entre des éruptions de volume similaire.
Les composants corrosifs et conducteurs des cendres peuvent affecter l’équipement avec lequel ils entrent an contact, particulièrement l’équipement électrique.

Contamination des approvisionnements en eau :

Les chutes de cendres peuvent entraîner des changements physiques et chimiques aux eaux naturelles de surface et les approvisionnements d’eau. L’étendue de ces changements dépend de la composition et de l’épaisseur de la chute de cendres et de l’aire de l’étendue et du volume du système de collecte d’eau.

 - Turbidité :
Le problème le plus couramment rapporté au niveau de la contamination de l’eau est une augmentation en turbidité due à la suspension des cendres dans l’eau.
Les normes de l’eau potable en Nouvelle Zélande sont pour la turbidité d’une valeur de 2,5 NTU (Unités de Turbidité Néphélométrique : méthode de mesure du niveau de trouble de l’eau dû aux particules en suspension) ; cette valeur est facilement dépassée avec la suspension des cendres.
La turbidité peut ne pas avoir de signification en soi, mais affecte l’apparence de l’eau, en la rendant impropre à la consommation et surtout, peut inhiber la désinfection des micro-organismes pathogènes. Une valeur médiane de turbidité inférieure à 1 NTU est requise pour une désinfection finale plus effective.
Des distributions d’eaux turbides faisant suite aux chutes de cendres en 2001 et 2003 semblent avoir causé des augmentations de courts dérangements au niveau de l’estomac pour les habitants de Vanuatu.

 - Composants solubles :
Les cendres fraîchement tombées libèrent des composants se solubilisant facilement dans l’eau venant à leur contact, comme les eaux de pluie ou de surface. Les composants faiblement solubles tel que le fluor peuvent être libérés à l’échelle de quelques jours ou même de quelques semaines suite à un événement de chute de cendres. Cet effet peut être exacerbé par des contacts intermittents avec l’eau de pluie ou avec l’eau de surface.

 - Acidité :
Les enrobages de surface des cendres d’une éruption volcanique fraîche sont hautement acides, du fait de l’influence des aérosols composés d’acides sulfurique, hydrochlorique et hydrofluorique (H2SO4, HCl et HF) dans le panache du volcan. Le pH des compositions des résidus typiques issus des chutes de cendres des éruptions du Mt Ruapehu de 1995/96 varie de 3,7 à 5,1. De ce fait, quand des cendres fraîches d’une éruption volcanique entrent en contact avec avec l’eau ou les eaux de surface naturelles, elles ont la capacité de réduire le pH au-delà des limites acceptables de sécurité pour la consommation, ou pour la protection de la vie aquatique.

 - Impacts indirects :
Des effets indirects peuvent se traduire par des dommages physiques aux filtres aux entrées des structures et des usines de traitement, une plus grande susceptibilité à l’usure de l’usine et une perturbation de l’équipement électrique. Un autre effet est celui d’une haute demande en eau pour les nettoyages entraînant un manque d’eau dans les réservoirs.

Potentiel de contamination d’une eau :

Les petites citernes domestiques ouvertes collectant l’eau de pluie coulant sur les toits sont hautement vulnérables à la chute de cendres susceptibles de la rendre non potable. Pour les réservoirs de stockage d’eau, un événement typique (cas de l’éruption du Mt Ruapehu en 1995/96) ne devrait pas poser de problèmes majeurs : On estime à 10 cm, l’épaisseur de cendres nécessaire pour polluer durablement l’eau. Cependant, avec une projection pessimiste, les eaux peuvent être considérées comme impropres à la consommation avec une chute de 1 mm de cendres. Bien que les composants solubles libérés à partir des cendres volcaniques puissent ne pas présenter de risque pour la santé publique, l’augmentation de la turbidité et de l’acidité due aux cendres peuvent avoir des répercussions majeures.

Indépendamment de l’effet des cendres volcaniques, il faut noter que plusieurs études font état de la mauvaise qualité bactériologique des eaux de pluie collectées à partir des toits de maison.

Références :

 - Johnston, D., Stewart, C., Leonard, G.S., Hoverd, J., Thordarsson, T. & Cronin S., 2004. Impacts of volcanic ash on water supplies in Auckland : Part I, Institute of Geological & Nuclear Sciences. Science report 2004/25 83 p.

 - www.gns.cri.nz

 - Rainwater tanks often host to harmful bugs

Lien :

La qualité physique et chimique de l’eau