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Chen, Yu. Analyse InSAR des déformations de volcans actifs : le Piton de la Fournaise (Réunion) et le Llaima (Chili)

Chen, Yu (2017). Analyse InSAR des déformations de volcans actifs : le Piton de la Fournaise (Réunion) et le Llaima (Chili).

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Résumé en francais

Les études des déformations de surface en relation avec l'activité volcanique permettent de quantifier les phénomènes de transfert de magma qui s'opèrent dans les structures superficielles et profondes d'un édifice volcanique. Ces études s'appuient essentiellement sur l'utilisation de séries temporelles acquises par des réseaux de récepteurs GNSS installés sur les flancs de l'édifice volcanique et sur l'utilisation d'images acquises par des satellites équipés de capteurs à ouverture de synthèse. Les objectifs de ce travail ont été de mettre en œuvre sur deux des volcans les plus actifs du monde des méthodes numériques pour détecter, analyser et interpréter les déformations du sol associées à l'activité. Sur le Piton de la Fournaise, nous avons analysé l'évolution spatiale et temporelle du champ de déplacement entre l'éruption historique d'avril 2007 et octobre 2014 à partir de l'analyse de mesures continues acquises par les stations GNSS et de longues séries temporelles d'images radar Cosmos-Skymed et TerraSAR acquises en bande X. Pour le traitement des données radars, nous avons adopté une approche classique qui exploite la redondance d'information dans les interférogrammes et nous avons mis en œuvre une méthode originale de correction des effets troposphériques reposant sur la décomposition des signaux radars en valeurs singulières. La complexité spatiale et temporelle du champ de déplacement obtenu indique qu'une partie importante de l'édifice volcanique est affectée par des déformations d'origines diverses qui se superposent spatialement et temporellement. Ainsi, on observe des processus de subsidence qui ne s'accompagnent pas de déplacements horizontaux sur les coulées de lave récentes. Nous montrons qu'il existe une relation linéaire entre cette subsidence et l'épaisseur de la coulée et que son amplitude décroit avec le temps. Ces relations nous permettent de construire une loi empirique pour estimer la contribution de ce processus dans le champ de déformation. Nous observons également que le cône central subside de manière persistante durant la période étudiée. Nous interprétons cette subsidence comme l'expression d'une relaxation des contraintes provoquée par l'effondrement de plus de 350 m du Dolomieu survenu lors de l'éruption d'avril 2007. Enfin, nous montrons qu'une large partie du flanc est de l'édifice volcanique est affectée d'un mouvement lent le long de la pente entre 2007 et 2014. L'absence d'évidences sur la structure et sur la rhéologie de l'édifice nous amène à explorer différentes hypothèses pour expliquer l'origine de ce glissement qui pourrait être contrôlé par les propriétés frictionnelles des roches le long d'un ou de plusieurs plans de faille, ou bien être l'expression d'une déformation ductile dépendante de la viscosité du milieu. Le Llaima est un large strato-volcans andin dont les processus de déformations sont mal compris à cause principalement de la complexité de son mode de fonctionnement mais, également, aussi par l'absence de réseaux d'observation au sol. Dans ce contexte, les potentialités des données radar pour le suivi des déformations de surface de ces volcans constituent un intérêt scientifique majeur. Néanmoins, le nombre limité d'images radars disponibles, les conditions environnementales spécifiques (relief abrupt, présence de neige, végétation, glacier) et l'impact des effets troposphériques sur les données radars constituent des limites importantes à l'utilisation de cette technique. Dans un premier temps, nous avons réalisé une analyse détaillée des variations de la vapeur d'eau dans la troposphère en utilisant des images MERIS (Medium-Resolution Imaging Spectrometer) et MODIS (Moderate resolution Imaging Spectroradiometer) pour étudier l'impact de ces variations sur les mesures radars. En utilisant comme contrainte les résultats de cette analyse, nous avons procédé à l'inversion de données radars acquises entre 2003 et 2011 pour déterminer la contribution atmosphérique et les variations de volumes d'une source magmatique situées à 7 km de profondeur permettant d'expliquer les signaux interférométriques observés durant la période étudiée. Les résultats de cette inversion montrent qu'aucune déformation provoquée par un changement de pression de cette source est détectée durant la période éruptive de 2008, contrairement à ce qui avait été affirmé dans une précédente étude. Par contre, il est possible qu'une surrection de l'édifice ait précédée l'éruption de mars 2009, mais néanmoins la variation de volume de la chambre magmatique estimée (12 × 106 m3) est inférieure à la marge d'erreur déterminée par l'ajustement par moindres carrés.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Darrozes, José
Rémy, Dominique
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Géosciences Environnement Toulouse (GET), UMR 5563
Mots-clés libres :InSAR - Déformation de volcan - Piton de la Fournaise - Llaima - Séries temporelles InSAR - Correction de artefact InSAR - Délai de phase troposphérique - Subsidence de coulées de lave - Mouvement de flanc de volcan
Sujets :Sciences de la terre
Déposé le :01 Dec 2017 14:48