Propagation des intrusions basaltiques. Modélisation analogique et suivi temporel par inversion des données de déplacements

par Delphine Smittarello

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de Virginie Pinel et de Valérie Cayol.

Le président du jury était Anne Socquet.

Le jury était composé de Chloé Michaut, Valérie Rivalta.

Les rapporteurs étaient Thierry Menand, Freysteinn Sigmundsson.


  • Résumé

    Nous étudions le transport du magma dans la croûte superficielle par propagation d'une fracture planaire remplie de fluide sous pression. Deux écoles de pensée formalisent la modélisation de ce phénomène. Elles permettent d'interpréter, soit les aspects géométriques (forme, trajectoire) en négligeant le comportement visqueux du fluide, soit l'aspect temporel (la vitesse d'écoulemenemporalité et de discriminer, in situ et en laboratoire, les champs d'application des écoles de pensée. Nous combinons les données InSAR et GNSS dans une procédure d'inversion originale, tirant avantage, à la fois de la couverture spatiale de l'InSAR et de la résolution temporelle du GNSS. La méthode développée est appliquée à l'étude de la propagation complexe (changements de direction et évolution de la vitesse) ayant conduit à l'éruption du 26 Mai 2016 au Piton de la Fournaise. Ceci permet de valider la méthode et apporte des contraintes nouvelles sur l'alimentation et le déclenchement de cette éruption. En laboratoire, nous cherchons à étudier l'influence de la viscosité du fluide sur la vitesse et la trajectoire d'une fissure sous pression de fluide, isolée, remontant par flottabilité en présence d'un champ de contraintes hétérogène. Nous montrons que l'ajout de sel dans la gélatine utilisée comme analogue de l'encaissant élastique augmente sa résistance à la fracturation. Nous montrons aussi que la trajectoire est le résultat d'une compétition entre la pression interne, le champ de contrainte externe et la longueur de la fissure. Enfin, nous mettons en évidence l'influence des propriétés du milieu et celles du fluide injecté sur la vitesse de propagation et des variations de cette vitesse au cours de la remontée, en présence d'un champ de contrainte hétérogène.

  • Titre traduit

    Propagation of basaltic intrusions. Analog modeling and time tracking using inversion of ground displacement data


  • Résumé

    We study magma transport in the upper crust by propagation of a buoyancy-driven fluid-filled crack. Two schools of thought formalize the modelling of this phenomenon. They provide a framework to interpret either the geometrical aspects (shape, trajectory) when fluid viscosity is neglected, or the temporal aspect (flow velocity of the fluid) when, resistance to fracturation of the medium is neglected. We use two complementary approaches~: temporal in situ monitoring by inversion of displacement data and analogue modelling, in order to constrain both the geometry and the timing and to discriminate the field of application of each school of thought.We combine InSAR and GNSS data in an original inversion procedure, taking advantage of both the spatial coverage of InSAR and the temporal resolution of GNSS. The method is applied to study the complex propagation (changes of direction and velocity) that led to the eruption of 26 May 2016 at Piton de la Fournaise. This makes it possible to validate the method and provides new constraints on the supply and triggering of this eruption. In the laboratory, we are investigating the influence of fluid viscosity on the velocity and trajectory of a buoyancy-driven fluid-filled crack during ascent in the presence of a heterogeneous stress field. We used gelatine an analogue of elastic host-rock and we show that the addition of salt increases its resistance to fracture. We also show that the trajectory is the result of a competition between the internal pressure, the external stress field and the crack length. Finally, we highlight the influence of the properties of the medium, as well as those of the injected fluid on the propagation velocity and the velocity variations during ascent in the presence of a heterogeneous stress field.


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