Etude de l'éruption d'avril 2007 du Piton de la Fournaise (île de la Réunion) à partir de données d'interférométrie RADAR et GPS, développement et application de procédures de modélisation

The April 2007 eruption of the Piton de la Fournaise (Réunion Island), study from radar interferometry and GPS data, development and application of modelling procedures

• Auteur / Autrice : Aurélien Augier
• Direction : Jean-François Lénat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Volcanologie
• Date : Soutenance le 19/12/2011
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Magmas et Volcans
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Magmas et Volcans / LMV
• Jury : Président / Présidente : Patrick Bachèlery
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Got, François Beauducel, Dominique Rémy, Valérie Cayol, Jean-Luc Froger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Got, François Beauducel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éruption -- Fournaise, Piton de la (Réunion ; volcan ; 2007)

Mots clés libres

InSAR

Modélisation numérique

Déformation

Transfert de magma

Piton de la Fournaise

InSAR

Numerical modeling

Deformation

Magma transfer

Piton de la Fournaise

Résumé

L’éruption d’avril 2007 du Piton de la Fournaise (Île de la Réunion, Océan Indien) a été marquée par les plus gros volumes de lave émis de ces deux derniers siècles, ainsi que par l’effondrement du cratère sommital (le Dolomieu) sur plus de 300 mètres de haut. Des données d’interférométrie radar (InSAR) montrent que les déplacements associés à cette éruption sont inhabituels pour deux raisons : (1) ils ont affecté l’ensemble de l’enclos Fouqué durant l’éruption, (2) deux motifs de déformation ont persisté plus d’un an après la fin de l’éruption. Le premier résulte d’une subsidence centripète du cône central et le second d’un glissement vers l’est du flanc est du volcan. Une méthode, appelée tomographie de déplacements, a été développée pour modéliser les déplacements, basée sur une discrétisation du sous-sol en sources unitaires, et sur la minimisation de deux fonctions coût. Elle permet de trouver une répartition compacte des variations de volume des sources unitaires permettant de reproduire au mieux les déplacements observés. En parallèle, la procédure NA-MBEM, une méthode de modélisation basée sur la combinaison d’un modèle numérique (MBEM) et d’une inversion de type Monte Carlo (NA), a été modifiée pour diminuer le temps de calcul nécessaire à l’obtention d’un bon modèle, et nous montrons que l’utilisation de données temporellement interpolées permet d’améliorer les résultats d’inversion. L’application des deux méthodes de modélisation aux données de déplacements de l’éruption d’avril 2007, montre que durant la période post-éruptive, la subsidence du cône central est provoquée par une source localisée de manière superficielle sous le cône central. Cette source est interprétée comme un système hydrothermal en déflation, dont le drainage aurait été amorcé par l’effondrement du Dolomieu. Les déplacements du flanc est seraient dus à deux sources différentes, toutes les deux superficielles et parallèles à la topographie. L’une est interprétée comme un réservoir temporaire en cours de vidange durant la fin de l’ éruption, et l’autre comme un niveau de glissement sur lequel glisserait le flanc est. Enfin, nous proposons un modèle préliminaire des déplacements ayant eu lieu durant l’éruption, ainsi qu’un scénario de la succession de tous les événements à l’origine des déformations enregistrées entre le 30 mars 2007 et juin 2008.

The April 2007 eruption of Piton de la Fournaise (Réunion Island, Indian Ocean) was characterised by the largest lava emission in the past two centuries, and by a 300 m deep caldera collapse at the summit craters (the Dolomieu). Synthetic aperture radar interferometry (InSAR) data show complex displacements associated with this eruption, which are unusual for two reasons : (i) the whole Enclos Fouqué was affected during the eruption, (ii) two deformation patterns persist more than one year after the end of the eruption. The first signal results from subsidence of the summit area, and the second from a sliding of the volcano’s eastern flank towards the East. A method, called displacement tomography, was developed to model these displacements. It is based on discretization of the volcano’s interior into unitary sources, and on a minimisation of two cost functions to find a compact repartition of the volumetric variations of these sources, which best reproduce the observed displacements. On the other hand, the NA-MBEM procedure (a modelling procedure based on a combination of a fully 3D boundary element method and a Monte Carlo inversion procedure), was improved to reduce the necessary computational time to obtain satisfying results. Furthermore, we show that temporal interpolation of the data improves the inversion results. The application of both modelling methods on the April 2007 displacement data, shows that during the post-eruptive period, the subsidence of the central cone is caused by a shallow source, located under the cone. This source is interpreted as a deflating hydrothermal system, whose drainage could have begun during the Dolomieu collapse. The eastern flank displacements could be the consequence of two sources, both shallow and parallel to the topography. The first one is interpreted as a temporary magma chamber, which is emptying during the end of the eruption. The second one is interpreted as a layer on which the eastern flank was sliding. Finally, we propose a preliminary model of the displacements that occurred during the eruption, and a scenario of the successive events causing the displacements recorded between March 30, 2007, and June 2008.