Peut-on estimer le risque d'effondrement d'un édifice volcanique ?



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Quatre chercheurs de l'Institut de Physique du Globe de Paris et de l'OSUR, dont Florence Nicollin et Dominique Gibert du laboratoire Géosciences Rennes, ont obtenu un modèle géophysique par tomographie électrique de La Soufrière de Guadeloupe qui permet de mieux appréhender le risque d'effondrement de l'édifice volcanique, en lien avec la structure et à la dynamique de son système hydrothermal.

Quatre chercheurs de l'Institut de Physique du Globe de Paris et de l'OSUR, dont Florence Nicollin et Dominique Gibert du laboratoire Géosciences Rennes, ont obtenu un modèle géophysique par tomographie électrique de La Soufrière de Guadeloupe qui permet de mieux appréhender le risque d'effondrement de l'édifice volcanique, en lien avec la structure et à la dynamique de son système hydrothermal. Ces travaux sont publiés dans la revue Scientific Reports en juillet 2016 sous le titre "Volcano electrical tomography unveils edifice collapse hazard linked to hydrothermal system structure and dynamics".

L'eau et les gaz magmatiques sont étroitement liés dans les systèmes volcaniques. Leur proximité provoque une circulation de fluides particulièrement chauds et acides qui constituent des systèmes hydrothermaux complexes, repérables en surface par des émissions fumerolliennes typiques. 

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Ces systèmes hydrothermaux sont donc particulièrement utiles dans le suivi et la surveillance de l'activité d'un volcan : ils permettent d'identifier les zones de fragilité et d'effondrement de l'édifice qui constituent un risque particulièrement important pour la Soufrière de Guadeloupe. La circulation de ces fluides chauds et acides fragilise les édifices volcaniques par altération des roches le long de leur parcours. La  connaissance de la structure et de la dynamique du système hydrothermal est fondamentale pour identifier les zones de fragilité potentielle d’un édifice volcanique. La moins bonne résistance de ces zones peut en effet conduire à un effondrement du volcan sous son propre poids, ce risque augmentant lors d'un séisme ou d'une éruption. On peut alors assister à la déstabilisation de tout un flanc du volcan. Ces effondrements catastrophiques constituent un risque majeur qui menace des populations importantes dans de nombreux pays : on estime que des effondrements partiels ont concerné environ 200 volcans dans les 10 000 dernières années et ont causé environ 20 000 morts. En outre, si 52% des effondrements connus depuis 1500 sont déclenchés par l'activité magmatique, environ 22% sont associés à des éruptions d'origine hydrothermale. Les enjeux sociétaux sont donc considérables autour de ces risques environnementaux spécifiques. Par conséquent, la détection et l'évaluation des signes précurseurs de l'effondrement non-magmatique d'un volcan soumis à l'altération hydrothermale constituent un défi majeur pour les scientifiques (par la mise au point de techniques de surveillance), mais aussi pour les pouvoirs publiques, dans leurs missions de protection civile.

La tomographie électrique pour imager le système hydrothermal

Parmi ces techniques de suivi du comportement des systèmes hydrothermaux, des méthodes géophysiques permettent de localiser ces fluides et d’imager leur circulation. L'une d'elles, la tomographie électrique, donne des résultats très intéressants.
Bien qu'une majorité des effondrements de flancs de volcans survient à la suite de la remontée de magma vers la surface, beaucoup ne sont pas directement associés au réveil magmatique mais sont déclenchés par une combinaison d'agents de forçage tels que la pressurisation de fluides interstitiels ou l'affaiblissement mécanique de l'édifice volcanique au-dessus d'un plan de détachement de faible résistance. Ce plan de détachement peut être la base inclinée sur laquelle repose le dôme volcanique et qui est constitué de roches particulièrement altérées par la circulation des fluides acides. Il peut aussi s'agir de plans potentiels de glissement internes au dôme, situés le long des chenaux de circulation des fluides hydrothermaux. Ainsi, le volume de roche altérée disponible pour l'effondrement, la dynamique du réservoir hydrothermal et la géométrie du plan de détachement potentiel sont des paramètres clés pour l'analyse et la modélisation de la stabilité de l'édifice. Malheureusement, ces informations restent en général inaccessibles par les techniques habituelles de surveillance des volcans.
La tomographie électrique, sensible aux anomalies de conductivité électrique provoquées par la présence de fluides dans la roche, permet de localiser ces fluides et d’imager leur migration. Les auteurs ont donc obtenu un modèle de conductivité électrique à haute résolution et en trois dimensions du volcan de La Soufrière, à partir de nombreuses données de tomographie électrique. Le modèle met en évidence plusieurs régions fortement conductrices au sein du dôme, associées à la saturation en fluide de la roche et à l'écoulement préférentiel de fluides chauds et fortement acides. L'interprétation de ce modèle géo-électrique s'appuie sur les données géologiques et géochimiques disponibles, pour démontrer l'influence de la dynamique du système hydrothermal sur les risques associés à l'effondrement des édifices volcaniques altérés.

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La Soufrière de Guadeloupe vue du Sud-Est. Les zones de conductivité électrique sont représentées par un dégradé allant du bleu au rouge : le rouge représente les matériaux à plus forte conductivité, avec une plus grande quantité de liquides et de température élevées. La surface supérieure montre l'altitude avec une échelle allant du vert au brun


L’intégration des données (géophysiques, géologiques et géochimiques), couplée à la modélisation, donne une compréhension globale et cohérente du processus d'effondrement d'un édifice volcanique, et permet ainsi de construire un modèle inédit, original et détaillé de la structure et de la dynamique du système hydrothermal de La Soufrière de Guadeloupe, montrant un risque réel d'effondrement du flanc sud du Dôme pouvant concerner des volumes dépassant 100 millions de mètres cubes.

Référence :

Rosas-Carbajal, M. et al. Volcano electrical tomography unveils edifice collapse hazard linked to hydrothermal system structure and dynamics. Sci. Rep. 6, 29899; doi: 10.1038/srep29899 (2016).

Contacts OSUR :

Dominique Gibert (Géosciences Rennes)

Alain-Hervé Le Gall (multiCOM)