Imagerie géophysique de l'île volcanique de Basse-Terre en Guadeloupe, par inversion de données sismologiques, gravimétriques et magnétiques

Geophysical imaging of the volcanic island of Basse-Terre in Guadeloupe, by inversion of seismological, gravimetric and magnetic data

• Auteur / Autrice : Anne Barnoud
• Direction : Olivier Coutant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement
• Date : Soutenance le 17/06/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Henri-Claude Nataf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Coutant, Claire Bouligand, Michel Diament
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christel Tiberi, Dominique Gibert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Basse-Terre (Guadeloupe ; île)

Géophysique

Géomagnétisme

Gravimétrie (géophysique)

Tomographie sismique

Inversion (géophysique)

Mots clés libres

Inversion jointe

Sismologie

Gravimétrie

Magnétisme

Volcanologie

Joint inversion

Seismology

Gravimetry

Magnetism

Volcanology

Résumé

Les volcans sont des édifices complexes et hétérogènes. Imager leur structure demande des méthodes adaptées au contexte ainsi qu'à la nature, à la qualité et à la quantité des données disponibles.Ce travail porte sur l'imagerie géophysique de l'île volcanique de Basse-Terre en Guadeloupe, par inversion de données gravimétriques et magnétiques, par tomographie d'ondes de surface extraites de corrélations de bruit sismique et par tomographie de temps d'arrivée des séismes de l'arc des Petites Antilles. Nous obtenons ainsi les premiers modèles tridimensionnels de l'île de Basse-Terre en termes de densité, aimantation et vitesses sismiques. La gravimétrie et le magnétisme conduisent à des modèles de densité et d'aimantation avec une très bonne résolution latérale dans les premiers kilomètres, mais avec une résolution verticale très faible. Les ondes de surface issues des corrélations de bruit présentent une bonne résolution verticale dans les premiers kilomètres, mais résolvent mal les variations latérales de vitesses. La tomographie de temps d'arrivée permet d'imager les vitesses sismiques jusqu'à des profondeurs élevées, avec une bonne résolution latérale, mais une mauvaise résolution verticale. Nous proposons une méthode pour inverser conjointement les données sismologiques et gravimétriques pour produire un modèle de vitesses et de densité qui bénéficie des résolutions complémentaires des différents jeux de données.Nos résultats soulignent une tendance NNO-SSE, avec des vitesses et des densités qui diminuent vers le sud en moyenne, conformément à la migration du volcanisme du nord vers le sud au cours de l'histoire géologique de l'île. Nous observons de faibles densités, vitesses sismiques et aimantations au niveau du dôme du volcan de la Soufrière ainsi que dans la région de Bouillante sur la côte ouest, reflétant la forte altération hydrothermale de ces zones. Deux anciens centres éruptifs majeurs, caractérisés par de fortes densités et vitesses sismiques, sont identifiés : l'un au niveau de la vallée de Beaugendre, l'autre au nord au niveau de la vallée de Petite Plaine.

Volcanoes are complex and heterogeneous edifices. Imaging their structures requires methods that are adapted to the context and to the nature, quality and quantity of available data. This work focuses on the geophysical imaging of the volcanic island of Basse-Terre in Guadeloupe, by performing inversions of gravimetric and magnetic data, ambient noise based surface wave tomography, and travel time tomography from earthquakes of the Lesser Antilles arc. We therefore obtain the first three-dimensional models of Basse-Terre island in terms of density, magnetisation and seismic velocities. Gravimetry and magnetism lead to density and magnetisation models with a very good lateral resoltuion within the first kilometres but with very low vertical resolution. Surface wave tomography from noise correlations shows a good vertical resolution within the first kilometres, but poorly resolves the lateral velocity variations. Travel time tomography allows imaging seismic velocities up to great depths with a good lateral resolution but a poor vertical resolution. We propose a method to invert jointly the seismological and gravimetric data in order to produce a velocity and density model that takes advantage of the complementary resolutions associated with the different datasets.Our results outline a NNW-SSE trend, with velocities and densities roughtly decreasing southwards, in accordance with the southward migration of volcanism across the geological history of the island. We observe low densities, seismic velocities and magnetisations in the area of the dome of the Soufrière volcano as well as in the Bouillante area along the western coast, reflecting the high hydrothermal alteration of these areas. Two major old eruptive centres are identified in the areas of Beaugendre Valley and Petite Plaine Valley.