Vicissitudes de l'ascension des magmas à travers la croûte terrestre

Vicissitudes of an ascending magma through the Earth's crust

• Auteur / Autrice : Benoît Taisne
• Direction : Claude Jaupart, Stephen Tait
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique interne
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Institut de physique du globe (Paris ; 1921-....)

Mots clés

Mots clés libres

Dyke

Injection magmatique

Fracturation hydraulique

Milieu élastique

Milieu fracturé

Sismicité

Intrusion vs Eruptions

Expérimenta vs Numérique

Solidification du magma

Dégazage du magma

Volume constant de magma

Résumé

Nous étudions la propagation du magma par fracturation hydraulique au sein de la croûte terrestre supposée élastique et cassante. La compréhension de ce mode de migration des magmas est essentielle pour l'interprétation des signaux précurseurs aux éruptions (déformation, sismicité. . . ). On cherche à déterminer les caractéristiques des signaux qui permettent de diagnostiquer l'arrivée en surface du magma ou au contraire l'arrêt de la propagation (et donc le stockage du magma en profondeur et/ou la formation de cryptodômes). Dans cet objectif, nous avons fait des études analogiques en laboratoire et e��laboré un code numérique stable pour traiter de différents effets: - le devenir d'une intrusion de volume fini et constant de magma - les conséquences du refroidissement et de la solidification aux bords de la fissure - le rôle joué par la stratification de l'encaissant - et enfin les effets dus au dégazage du magma lors de sa décompression. Nous cherchons à estimer les paramètres clés de la migration avant l'arrivée du magma en surface (tels que le flux de magma injecté, essentiel pour prévoir l'intensité d'une éruption). Nous mettons en évidence que la solidification du magma peut entraîner une propagation par paliers dans certaines conditions. Les effets du dégazage sont subtils. À faible fraction volumique de gaz, telle que le gaz est contenu dans des bulles suspendues dans le magma, la dilatation du magma conduit à une accélération de la propagation. À forte fraction volumique de gaz, telle que le seuil de fragmentation est franchi, la tête de dyke gonfle ce qui a pour effet de ralentir la propagation. Nous montrons enfin comment l'évolution d'un volume fini de magma peut conduire à une intrusion en profondeur (formation d'un proto-réservoir) ou bien à une éruption dont les caractéristiques sont dictées par les conditions de l'injection de magma à la source

We study the propagation of the magma through the elastic and brittle earth’s crust by hydraulic fracturation. Understanding this mode of migration is essential for the interpretation of geophysical precursory signals to the eruptions (deformation, seismicity. . . ). We seek to determine the characteristics of the signals which make possible to diagnose the arrival at the surface of the magma or on the contrary the arrest of the propagation (and thus the storage at depth of the magma and/or the formation of cryptodomes). We make analogical studies in laboratory and work out a stable code to treat various effects : – the evolution of a finite and constant volume of magma – the consequences of cooling and solidification at the edges of the crack – the effects of a stratified medium – and finally the effects due to degassing of the magma during its decompression. We seek to estimate the key parameters of the migration before the arrival of the magma at the surface (such as the flux of magma injected, essential for the evaluation of the intensity of the eruption). We highlight that the solidification of the magma can involve a step-wise propagation under given conditions. The effects of degassing are subtle. With a weak volumetric fraction of gas, such as gas is contained in bubbles suspended in the magma, the dilation of the magma leads to an acceleration of the propagation. With an important volumetric fraction of gas, such as the threshold of fragmentation is crossed, the head of the dyke inflates which causes a slow down of the propagation. We show finally how the evolution of a finite volume of magma can lead to an intrusion at depth (formation of a proto-chamber) or can lead to an eruption whose characteristics are dictated by the conditions of the injection of magma at the source