Approches multiscalaires de l'érosion du volcan Merapi, Indonésie : contribution à la compréhension du déclenchement et de la dynamique des lahars

Multi-scalaires approaches on Merapi volcanic erosion, Indonesia : contribution to the understanding of lahar generation process and dynamics

Pendekatan multi-skalar erosi gunung Merapi, Indonesia : kontribusi terhadap pemahaman tentang pemicu dan dinamika aliran lahar

Acercamiento multiescalar de la erosión de volcán Merapi, Indonesia : contribución a la comprensión del descenso y la dinámica de lahares

• Auteur / Autrice : Sandy Budi Wibowo
• Direction : Franck Lavigne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie physique
• Date : Soutenance le 04/11/2016
• Etablissement(s) : Paris 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Géographie de Paris. Espace, sociétés, aménagement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de géographie physique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 192.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géographie physique (Meudon, Hauts-de-Seine ; 192.-....)
• Jury : Président / Présidente : Étienne Cossart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Lavigne, Susanne Ettinger, Danang Sri Hadmoko, Candide Lissak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yanni Gunnell, Pierre-Gil Salvador

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géomorphologie

Érosion

Merapi (Indonésie ; volcan)

Lahars

Mots clés libres

Géomorphologie volcanique

Erosion

Lahar

Observation in-situ

Instrumentation géophysique

Couplage vidéo-sismique

Modélisation physique

Merapi

Volcanic geomorphology

Erosion

Lahar

In-situ observation

Geophysical instrumentation

Coupling video-seismic

Physical modelling

Geomofologi vulkanik

Erosi

Lahar

Pengamatan in-situ

Instrumentasi geofisika

Perpaduan video-seismik

Model fisik

Geomorfología volcánica

Erosión

Lahar

Observación in-situ

Instrumentación geofísica

Acoplamiento video-sismica

Modelo físico

Résumé

L’érosion des édifices volcaniques résulte d’une série de processus géomorphologiques qui se produisent pendant, avant ou sans éruption. Ce processus implique également le terme « lahar » qui décrit un écoulement rapide de la zone sommitale vers l’aval amenant des matériaux volcaniques mélangés à de l’eau avec une évolution de la dynamique d’écoulement dans l’espace et dans le temps. L’érosion des édifices volcaniques est encore mal connue, particulièrement en raison de la difficulté d’acquisition de données sur le terrain. Pourtant, les lahars ont causé à eux seuls au moins 44 250 morts de 1600 à 2010 dont 52 % à cause d’un seul évènement en 1985 (Nevado del Ruiz, Colombie). Cette étude propose une approche multiscalaire pour mieux comprendre la nature de l’érosion des édifices volcaniques sur le déclenchement et la dynamique des lahars. L’éruption du volcan Merapi (Indonésie) en2010 fut l’occasion de produire de nouvelles données de terrain. La première partie de la thèse, relative au déclenchement des lahars, repose sur des données de terrain et des expérimentations en laboratoire. Le travail de terrain avait pour but de comparer un bassin versant bouleversé par l’éruption de 2010 et un autre bassin versant non bouleversé, par le biais d’observations in-situ et d’instrumentation de terrain. En laboratoire, l’approche expérimentale fut réalisée en utilisant 8 scénarios différents sur un plan incliné. La deuxième partie, liée à la dynamique des lahars en mouvement, fut étudiée à partir du couplage vidéo signaux sismiques. Les dépôts liés à ces lahars furent également analysés et mis en regard de la chronologie des écoulements. Trois ans après l’éruption du Merapi en 2010, les lahars se sont raréfiés. Cependant, les dépôts de cendres juvéniles issues d’une autre éruption d’un volcan voisin (Kelud à Java Est) eurent comme résultat une augmentation significative du nombre de lahars à partir de février 2014. Le déclenchement des lahars fut également favorisé par des glissements de terrain connectés aux thalwegs, comme celui produit dans la nuit du 6 au 7 décembre 2012, que nous avons étudié en détail. La dynamique des deux lahars observés et filmés les 28 février et 18 mars 2014 fut divisée en 4 phases : (1) écoulement hyperconcentré, (2) pic de coulée de débris, (3) corps du lahar, (4) queue du lahar. L’analyse vidéo et l’observation in-situ sur les lahars en mouvement a permis de créer des hydrogrammes détaillés indiquant la profondeur, la vitesse, le débit et le nombre des blocs métriques flottés. La dynamique des lahars sur les différentes topographies du chenal a provoqué une fréquence sismique très différente. La formation des dépôts de lahars fut corrélée à la dynamique des écoulements et nécessita une observation in-situ pour la validation d’interprétation.

The erosion of volcanic edifices is a series of geomorphological processes that occurs during, before or without eruption. This process also involves the term "lahar" which is characterized by dense mixtures of volcanic materials and water, rapidly flowing from a volcano with important spatio-temporal rheological changes. The erosion of volcanic edifices is still poorly understood, particularly because data collection in the field is difficult. However, lahars have caused at least 44,250 deaths from 1600 to 2010 of which 52%due to a single event in 1985 (Nevado del Ruiz, Colombia).This study proposes a multi-scalar approach to better understand the nature of the erosion of volcanic edifices, especially on lahar initiation process and dynamics. The eruption of the Merapi volcano(Indonesia) in 2010 was an opportunity to produce new data. The first part of this thesis focused on the lahar initiation process, was based on field data and laboratory experiments. The field work was intended to compare a volcanically disturbed watershed by the eruption of 2010 and an undisturbed watershed, by conducting in-situ observations and field instrumentation. In the laboratory, an experimental approach was performed using 8 different scenarios on a flume. The second part of the thesis related to the dynamics of two lahars in motion was conducted using coupling between video footage and seismic signal. Lahar deposits were also analyzed based on the chronology of the flows. Three years after the eruption of Merapi in 2010, the frequency of lahar occurrence decreased. However, juvenile ash fall deposits (volcanic ash) from another eruption of a nearby volcano (Kelud in East Java) in February 2014 resulted a significant increase of lahars occurrence. Lahars triggering process was also favored by a landslides occurring in the night of 6 to 7 December 2012, of which the deposit was connected to the thalweg. The dynamics of the two lahars were observed and filmed on 28 February and18 March 2014. Those lahars were divided into four phases: (1) hyperconcentrated flow, (2) the peak of debris flow, (3) lahar body, and (4) lahar tail. Video analysis and in-situ observation on active lahars allowed us to create detailed hydrographs indicating flow depth, velocity, discharge and the number of floated boulders. Lahar dynamics on different topography of the channel caused a very different seismic frequency. The formation of lahar deposits was correlated with the flow dynamics and required an in-situ observation for the validation of the interpretation.

Erosi kerucut vulkanik merupakan hasil dari serangkaian proses geomorfologi yang terjadi baik selama,sebelum atau tanpa erupsi. Proses ini juga melibatkan "lahar" yang didefinisikan sebagai aliran cepat daridaerah puncak gunung menuju hilir dengan membawa material vulkanik yang bercampur dengan airdimana dinamika alirannya terus berubah secara spasial dan temporal. Erosi struktur vulkanik masihsedikit ditelaah, terutama karena sulitnya pengumpulan data di lapangan. Padahal, lahar telahmenyebabkan setidaknya 44.250 kematian dari tahun 1600 sampai 2010, dimana 52% -nya terkait denganbencana pada tahun 1985 di gunung Nevado del Ruiz (Kolombia).Penelitian ini mengusulkan pendekatan multi-skalar untuk lebih memahami karakteristik erosi kerucutvulkanik terutama yang terkait dengan pemicu dan dinamika aliran lahar. Letusan Gunung Merapi(Indonesia) pada tahun 2010 memberikan kesempatan untuk menghasilkan data lapangan baru. Bagianpertama dari disertasi ini, mengenai pemicu lahar, dilakukan berdasarkan data lapangan dan experimenlaboratorium. Kegiatan lapangan dimaksudkan untuk membandingkan DAS yang terdampak oleh letusan2010 dan DAS alami, melalui pengamatan in-situ dan instrumentasi lapangan. Di laboratorium,pendekatan eksperimental dilakukan dengan menggunakan 8 skenario yang berbeda pada flume. Bagiankedua dari disertasi ini berkaitan dengan dinamika aliran lahar aktif yang dipelajari dari perpaduanrekaman video dan sinyal seismik. Proses sedimentasi juga dianalisis dengan dipertimbangkan kronologialiran lahar.Tiga tahun setelah letusan Merapi pada tahun 2010, frekuensi kejadian lahar berkurang. Namun,sedimentasi abu vulkanik yang berasal dari gunung api lain (Kelud di Jawa Timur) telah mengakibatkanpeningkatan jumlah lahar yang signifikan sejak Februari 2014. Pembentukan lahar juga dipicu oleh tanahlongsor yang terjadi pada pada malam 6 menuju 7 Desember 2012 dimana materialnya terhubunglangsung ke thalweg. Dinamika dua aliran lahar diamati dan difilmkan pada tanggal 28 Februari dan 18Maret 2014. Lahar tersebut dibagi menjadi empat fase: (1) aliran hyperconcentrated, (2) puncak alirandebris, (3) tubuh lahar, (4) ekor lahar. Analisis video dan pengamatan in-situ pada lahar aktif sangatmembantu pembuatan hidrograf secara rinci terkait dengan kedalaman aliran, kecepatan, debit dan jumlahbatu yang terapung. Dinamika lahar pada topografi sungai yang berbeda menimbulkan frekuensi seismikyang sangat berbeda. Proses sedimentasi lahar sangat berkaitan dengan dinamika aliran lahar dandiperlukan pengamatan in-situ untuk memvalidasi interpretasi yang dibuat.

La erosión de los edificios volcánicos es el resultado de una serie de procesos geomorfológicos que ocurre durante, antes o sin erupción. Este proceso también involucra el término "lahar", un flujo rápido de la cumbre de volcán hacia el rio que contiene una mezcla de materiales volcánicos y agua con cambio espacial y temporal. La erosión de los edificios volcánicos aún es poco estudiado debido a las dificultades para la obtención de los datos en el campo y además es peligroso. Mientras, los lahares han causado 44 250 muertos desde 1600 a 2010, en el cual de 52% ha sido causado por un evento único en 1985 (Nevado del Ruiz, Colombia). Esta investigación propone un acercamiento multiescalar para entender mejor las características de erosión de los edificios volcánicos, en particular el proceso de descenso y la dinámica de lahares. La erupción del volcán Merapi (Indonesia) en 2010 fue una oportunidad para generar nuevos datos. La primera parte de esta tesis enfocada al proceso de iniciación de descenso de lahares, que fue basada en la obtención de los datos de campo y experimentos en el laboratorio. El trabajo de campo fue realizado con el objetivo de comparar una cuenca hidrográfica afectada por la erupción de 2010 y una otra cuenca natural, a través de la observación in-situ y la instrumentación geofísica en el campo. En el laboratorio, el trabajo fue realizado con 8 escenarios diferentes usando un canal artificial. La segunda parte de esta tesis fue relacionada a la dinámica de movimiento de lahares que se realizó a través del acoplamiento de vídeos y señales sísmicas. Se analizó también el proceso de sedimentación basado en la cronología de los flujos de lahares. Tres años después de la erupción del Merapi en 2010, la frecuencia de ocurrencia de lahares se disminuye. Sin embargo, la sedimentación de ceniza volcánica de otra erupción de un volcán cercano (Kelud en Java Oriental) causó un aumento significativo de la ocurrencia de lahares desde febrero de 2014. La formación de lahares también se provocó por deslizamiento de tierra que se ocurrió en la noche de 6 a 7 de diciembre de 2012, en la que los materiales se juntaron directamente a la vaguada. La dinámica de dos flujos de lahares fue observada y grabada en video el 28 de febrero y 18 de marzo 2014. Estos dos lahares se dividieron en cuatro fases: (1) flujo hiperconcentrado, (2) el pico de flujo de escombros, (3) cuerpo de lahar, (4) cola de lahar. El análisis de video y la observación in-situ de lahares activos nos han ayudado a crear los hidrogramas en detalle que muestran la profundidad del flujo, la velocidad, la descarga y el número de rocas flotadas. La dinámica de lahares en diferentes topografías del canal causó una frecuencia sísmica muy diferente. El proceso de sedimentación de lahares se correlacionó con la dinámica de flujo y se requiere una observación in-situ para validar la interpretación.