Enquête sur l'éruption volcanique la plus meurtrière du Canada et atténuation des risques futurs

Investigating Canada's Deadliest Volcanic Eruption and Mitigating Future Hazards

• Auteur / Autrice : Yannick Le Moigne
• Direction : Karim Kelfoun, Glyn Williams-Jones
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Volcanologie
• Date : Soutenance le 09/11/2020
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020) en cotutelle avec Simon Fraser university (Burnaby, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Magmas et Volcans
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Vigouroux, Philippe Labazuy
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jonathan H. Fink, Doug Stead, Laurent Michon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Activité volcanique -- Prévision

Colombie-Britannique (Canada)

Éruptions volcaniques

Mots clés libres

Volcanologie

Géochimie

Magma

Coulée de lave

Volcan Tseax

Volcanisme monogénique

Volcanology

Geochemistry

Magma

Lava flow

Tseax Volcano

Monogenetic volcanism

Résumé

Les volcans monogéniques sont les volcans les plus communs à la surface de notre planète. Ce sont souvent des volcans isolés de petits volumes, formés par des styles éruptifs et produits volcaniques très variés. Cette thèse est axée sur le volcan Tseax (Wil Ksi Baxhl Mihl) situé au nord-ouest de la Colombie Britannique, le volcan le plus meurtrier du Canada. En effet, son éruption au milieu du XVIIIème siècle aurait provoqué la mort de près de 2 000 personnes de la Première Nation Nisga'a vivant non loin du volcan. Tseax est composé par deux édifices volcanique imbriqués l'un dans l'autre (un cone de tephra de 70 m de hauteur au centre d'un rampart de spatters) et par 4 longues coulées de laves (2 pahoehoe et 2 'a'a) remplissant le fond de vallées pour un volume total de 0.5 km³, submergeant les ancients villages Nisga'a. Tout les produits volcaniques sont des basanites/trachybasaltes riches en Fe et Ti. L'homogénéité géochémique des produits suggère l'éruption d'une seule poche de magma dont l'origin est de la fusion partielle d'une wehrlite pauvre en cpx entre 52 et 66 km de profondeur. Avant eruption, le magma fut stocké pendant > 10³ jours dans la croûte supérieure et a refroidit jusqu'à 1087 - 1094 °C. L'éruption dura entre 1 et 4 mois et fut divisée en deux périodes éruptives. Dans un style Hawaiien, la première période a construit le rampart de spatters et les 2 longues coulées pahoehoe sont éruptées. Près de la moitié du volume total de lave est émis lors des premiers jours de l'éruption avec des flux > 800 m³/s. Les histoires orales et les modélisations numériques montrent que les coulées de laves auraient pu innonder les villages Nisga'a en quelques dizaines d'heures et ainsi être en parti responsables de la mort des Nisga'a. La seconde période d’activité fut characterisée par des explosions Stromboliennes de faibles intensités, la formation du cone de tephra et l'éruption des 2 coulées 'a'a. Les vagues stationnaires à la surface des coulées de laves rapides et chennalisées, sont souvent interprétées en tant que sauts hydrauliques, et indiquent donc des conditions supercritiques. En utilisant la théorie d'hydraulique à surface libre pour les fluides superciritiques, la géométrie de ses vagues stationnaires permettent d’estimer les flux éruptifs et la viscosité de la lave. Je propose une méthode rapide et simple à appliquer pour calculer ces paramètres essentiels pour les modélisations numériques et pour attenuer les risques d’éruption en cours.

Monogenetic volcanoes are the most common volcanic landforms on Earth and usually form isolated small-volume volcanic centres with a wide range of eruptive styles and products. Here, I focus on the case of Tseax volcano (Wil Ksi Baxhl Mihl) in north-western British Columbia, Canada's deadliest volcanic eruption; its ~ 1700 CE eruption killed up to 2,000 people of the Nisga'a First Nation. Tseax is composed by two imbricated volcanic edifices (an outer breached spatter rampart and an inner 70 m high tephra cone) and 4 far-travelled, valley-filling lava flows (2 pahoehoe and 2 'a'a) for a total volume of 0.5 km³ submerging the former Nisga'a villages. All the erupted products are Fe-, Ti-rich, basanite-to-trachybasalts and their geochemical homogeneity suggests the eruption of a single magma batch that was produced by low partial melting of a cpx-poor wehrlite at 52 - 66 km depth. The magma was stalled for > 10³ days in the upper crust and cooled down to 1094 - 1087 °C prior to eruption. The eruption lasted between 1 to 4 months and was divided in two main periods. The first period occurred in a typical Hawaiian-style with lava fountaining, spatter activity and the eruption of long pahoehoe flows. Almost half of the total lava volume was erupted in the first days of the eruption with fluxes > 800 m³/s. The lava may have engulfed the Nisga'a villages in a few tens of hours and thus be one of the cause for the fatalities. A ''vog'' produced when the lava entered the Nass River may have been also responsible for the Nisga'a deaths. The second period of activity was characterized by low intensity Strombolian explosions with the building of the tephra cone and eruption of the shorter 'a'a lava flows.In high speed channelised lava flows, standing waves are often interpreted as hydraulic jumps, indicating supercritical conditions. Using open channel hydraulic theory for supercritical flows, the geometry of the standing waves to constrain eruption flux and viscosity. I propose that investigating standing waves during ongoing eruption is a powerful tool to help for lava flow modelling and hazard mitigation.