Дисертації з теми "Soufrière de Guadeloupe"

Des dégazages épisodiques sur une longue durée, variant de quelques années à des décennies, sont fréquemment observés sur les volcans andésitiques. Nous proposons un modèle fondé sur l'hypothèse d'une intrusion magmatique à faible profondeur qui expulse épisodiquement ses gaz. Sa confrontation avec des données de dégazage renseigne sur le système magmatique profond. Le modèle décrit la fracturation répétée de l'encaissant volcanique qui résulte du refroidissement, de la cristallisation et de la mise sous pression du magma par l’exsolution du gaz. Le dégazage modélisé présente deux régimes au cours du temps, caractérisés par une forte fréquence d'expulsion de gaz pour le premier et une plus faible pour le second. Depuis sa dernière crise éruptive (1975-77), le dégazage de la Soufrière de Guadeloupe est intensivement surveillé, en particulier par le suivi géochimique des sources hydrothermales. Les données recueillies avec une forte fréquence d'échantillonnage mettent en lumière un dégazage épisodique dans lequel deux régimes se distinguent. Cette observation conforte l'hypothèse d'une intrusion magmatique en début de crise. Grâce au modèle, nous estimons le volume de magma stocké et la résistance de la roche encaissante, paramètres principaux qui contrôlent le processus de dégazage. Nous proposons une interprétation globale de l'évolution de la composition chimique des sources thermales et des variations de l'activité fumerollienne observées depuis 1976. Une intrusion magmatique peut entraîner d'importantes crises éruptives et perturber le système hydrothermal pendant de nombreuses décennies, ce modèle peut donc constituer un outil dans le cadre d'une surveillance volcanologique
Episodic degassing processes over a long duration, ranging from a few years to decades, are frequently observed in andesitic volcanoes. We develop a model based on the hypothesis of a magma intrusion at shallow depth expelling gas episodically. Confronting it with gas data gives information on the deep magmatic system. The model describes the repeated fracturing of the surrounding rocks resulting from the cooling, the crystallisation and the pressurization of the magma by exsolved gas. The modeled degassing process presents two regimes with time, characterized by a high frequency of gas expulsion for the first one and a lower for the second one. Since its last eruptive crisis (1975-77), La Soufrière de Guadeloupe's degassing has been intensively monitored in particular through a geochemical survey of the hydrothermal springs. Data gathered with a high sampling frequency show an episodic degassing with two regimes. This observation supports the hypothesis of a magma intrusion at the crisis start. Using the model, we estimate the stored magma volume and the surrounding rock tensile strength which are the main parameters controlling the degassing process. We give a global interpretation of the chemical evolution of the hydrothermal water composition and of the fumarolic activity variations since 1976. As a magma intrusion may lead to important eruptive crises and disturb the hydrothermal system over many decades, this model may consequently represent a tool for volcano surveillance

Nous étudions, par la gravimétrie, les variations spatiales et temporelles de la structure interne des édifices volcaniques de deux volcans actifs : la Soufrière de Guadeloupe et le Merapi. Dans un premier temps l'étude de la partie statique du champ de pesanteur nous permet de mettre en évidence des anomalies gravimétriques négatives au sommet de ces deux volcans, associées aux zones hydrothermales ou fumerolliennes. Sur le sommet du Mérapi, elles sont très négatives (quelques mGals) et séparées par des zones interprétées comme des fractures principales du dôme. Sur le dôme de la Soufrière, la structuration de direction NO-SE reflète des structures plus profondes qui se prolongent en mer. Le dernier chapitre est consacré aux variations temporelles de la pesanteur sur le dôme de la Soufrière. Des séries de mesures de haute précision (réseau microgravimétrique) entre 1993 et 2001 montrent que le volcan ne s'est pas déformé et n'est sujet à aucune variation de masse durant cette période
We use gravimetry to study spatial and temporal variations of the internal structure of two volcanoes : la Soufrière de Guadeloupe and Merapi volcano. The static part of the gravity field enables us to highlight negative gravimetric anomalies at the top of these two volcanoes. Those anomalies are associated with hydrothermal areas or fumaroles. On the top of Merapi, they reach a few mGals and are separated by zones we interpreted as main fractures of the dome. On the dome of la Soufrière, the NO-SE structures reflect major structures which extend in the sea. The final chapter is devoted to the temporal variations of gravity on the dome of la Soufrière. Series of high precision measurements (microgravimetric network) between 1993 and 2001 show that neither mass variations nor deformations occurred during this period

Les transferts de masse et de chaleur depuis les profondeurs de la Terre vers la surface se font majori-tairement à travers des systèmes magmatiques s'exprimant par le biais de phénomènes éruptifs variés. La dynamique de ces manifestations, liée aux mouvements de magma en profondeur, est contrôlée une importante diversité de processus physiques et chimiques capable de générer des séismes. Dans ce contexte, les sources sismiques varient en fonction des dynamiques de propagation des fluides (magmatique et/ou hydrothermaux) et du milieu. Dans les systèmes volcaniques, ce milieu est géné¬ralement très hétérogène, fracturé et anisotrope. Ainsi la sismo-volcanologie joue un rôle important dans la surveillance et la compréhension de ces systèmes, ce qui est essentiel pour l'évaluation des comportements éruptifs et leurs évolutions, et pour déterminer les risques pour les populations et les infrastructures. L'un des objectifs de la sismo-volcanologie est de caractériser dans le temps et l'espace les sources sismogènes et d'en déduire les processus qui en sont à l'origine, et les propriétés physiques du milieu. Le volcan de la Soufrière de Guadeloupe est le seul volcan actif de l'archipel, situé au sud de l'île de la Basse-Terre sur l'arc interne des Petites Antilles. Depuis la dernière éruption magmatique majeure (1535 AD), son activité fut essentiellement phréatique avec plusieurs crises, dont la dernière en 1975— 1977. Depuis la réactivation soudaine de l'activité sismique et fumerollienne en 1992, on observe une augmentation progressive de la sismicité de faible énergie et du dégazage dans la zone sommitale. En accord avec les études récentes de géophysique, géochimie et géologie, cette activité contemporaine semble être exclusivement associée au système hydrothermal. En revanche, les relations entre ce sys¬tème hydrothermal très développé et la sismicité sont peu connues. L'objectif de cette thèse est de caractériser la sismicité volcanique observée en essaims sismiques entre 1981 et 2013, et d'examiner les processus volcaniques susceptibles de les générer. Pour y parve- nir, nous conduisons une approche sismologique globale associant des analyses spectrales, statistiques, des problèmes inverses et des méthodes de traitement du signal, de "clustering" et de localisations. Par ailleurs, nous développons une méthode itérative d'inversion des temps de propagation des ondes pour approfondir les modèles de vitesses existants, et une méthode de localisation sur grille, absolue et relative, pour améliorer les résultats de localisation et définir les principales structures sismogènes. La grande diversité des signaux sismiques nous conduit à effectuer plusieurs tests statistiques dans le domaine temporel et le domaine de Fourier afin d'estimer des paramètres fiables d'une analyse par multiplets et d'identifier les sources sismiques répétitives. Suivant cette approche, nous démontrons dans ce manuscrit que la sismicité est essentiellement générée par l'activité du système hydrothermal superficiel. Cette sismicité est distribuée en essaims sismiques d'une duré moyenne de 4 jours répartie en 3 périodes d'activité distinctes. La localisation précise des événements sismiques décrit une plomberie complexe sous le volcan avec deux structures sismogéniques majeures en profondeur et un fort taux de sismicité dans le dôme volcanique. En ac- cord avec les distributions spatiales du rapport de vitesse Vp/Vs et des valeurs de b de la loi de Gutenberg-Richter, nous avons défini trois zones sismiques particulières associées à : (1) la migration des gaz magmatiques, (2) le stockage et le mélange de ces gaz avec les eaux phréatiques, et (3) la mi- gration superficielle des fluides hydrothermaux. L'évolution spatiale de la sismicité au cours du temps fluctuent entre une sismicité diffuse et une sismicité plus concentrée dans les structures principales. Le "clustering" par similarité des formes d'ondes définit peu de familles significatives, consistant avec des processus de fracturation dans un milieu hautement hétérogène et met en évidence un changement soudain de la dynamique après le séisme tectonique des Saintes (21 novembre 2004, Mw=6. 3) situé à une vingtaine de kilomètres du volcan
Heat and mass transfert from the Earth's interior to the surface occur mainly through magmatic systems in a wide variety of eruptive phenomena. Dynamics of these manifestations, related to magma movement in depth, are controlled by a large range of physical and chemical processes capable of generating seismic event. In this context, seismic sources evolve with dynamic motion of gas, fluid and solid, and the medium of propagation is highly heterogeneous, anisotropic and absorptive, with inter- faces including cracks of ail scales and orientations. Thus, the Volcanic Seismology plays an important role for the monitoring and the understanding of these systems which are critical to our assessment of eruptive behavior and its hazardous impacts. Therefore, one of the fundamental goals of the volcanic seismology is to characterize the dynamic of the volcanic seismicity, follow its spatial and temporal evolution with are related to the extent and evolution of magmatic processes and the physical proper- ties of the medium. La Soufrière is one of many hazardous volcanoes of the inner arc of Lesser Antilles. Located in the south of Basse-Terre island of Guadeloupe, it is the only active volcano of the archipelago. Since the last significant magmatic eruption in 1535 AD, the activity has been phreatic with several crisis. Since 1992 and the brutal renewal of seismic and fumarollic activities, the Guadeloupe Volcanologic and Seismologic Observatory (OVSG-IPGP) has recorded a systematic progressive increasing of the volcanic activity in term of seismicity and degassing. According to the recent physical, chemical and geological studies and without significant deformations of the volcanic structure, the current volcanic activity of la Soufrière volcano is exclusively associated to the well developed hydrothermal system. However, its relations with the seismicity are poorly known. The main goal of my thesis was to characterize the dynamic of the volcanic seismicity observed at la Soufrière between 1981 and 2013 characterized by a seismic burst behavior of low magnitude events and to investigate volcanic processes able to generate it. Developing a coherent framework, I conducted a global seismological approach coupling spectral, statistical, inverse problems, signal processing, clustering and precise locations methods. I worked on an iterative travel time inversion to improve velocity parameters (VpNs ratio and P-velocity model). From results, I performed a systematic grid search location method and developed a relocation process associating double travel time difference and collapsing method. Based on the wide variety of seismic signais, I carried out a whole statistical battery of tests in Fourier and time domains to estimate effi- cient parameters of waveform similarities, and identify precisely repetitive seismic sources. From this consistent seismological framework, I demonstrated that this seismicity is largely gene- rated by shallow hydrothermal fluid seismic sources. I identified a 4 days average of seismic burst duration. Precise locations of seismic events described a complex plumbing system of the volcano with two majors seismogenic structures in depth and a high seismic rate in the dome. According to the distribution in depth of the VpNs ratio and the b-value, I documented 3 mains seismic zones asso- ciated to : (1) the migration of magmatic gas (2) the storage and the mixing of underground water and magmatic gas, and (3) the shallow migration of hydrothermal fluids. Spatial evolution of the seismicity through the time fluctuate between a diffused seismicity to a more concentrated seismicity in majors structures. Waveform cross-correlations revealed a small number of significant families consistent with fracturing processes in a high heterogeneous medium and highlighted a brutal dynamic change after the major local tectonic earthquake of Les Saintes (21 November 2004, Mw=6. 3) located at — 20 km of the volcano

L'activité des volcans andésitiques au niveau des arcs insulaires est caractérisée par une grande diversité dans leur style éruptif. Le dynamisme d'un même édifice volcanique peut aussi bien s'exprimer par une alternance d'éruptions de type "plinien" ou bien de type "peléen". Le sujet comporte deux aspects liés au fonctionnement local de la Soufrière de Guadeloupe et de la Montagne Pelée : l'étude de la dynamique d'une chambre magmatique superficielle et l'étude des phénomènes liés au dégazage des produits lors de la remontée dans le conduit volcanique.
Le premier aspect repose sur l'étude d'une éruption particulière de la Soufrière de Guadeloupe (1440 AD). La stratégie d'étude a été de coupler une étude pétrographique des produits émis avec une étude expérimentale. Cette approche nous a permis de contraindre avec précision les conditions pré-éruptives ainsi que la dynamique de la chambre magmatique qui s'est avérée être zonée thermiquement et chimiquement.
Le second aspect a consisté en l'acquisition des données naturelles et expérimentales sur les produits des éruptions historiques de la Montagne Pelée afin d'apporter des éléments nouveaux pour la compréhension du dynamisme des magmas andésitiques dégazés. La nature des produits a nécessité de coupler différentes approches (étude texturale des produits naturels, teneur en eau des verres résiduels, anisotropie de susceptibilité magnétiques sur les produits de dômes, expériences de décompressions contrôlées et acquisition de données expérimentales à basse pression).

Le niveau d'activité et d'alerte volcanique de La Soufrière de Guadeloupe, défini par les Dispositions spécifiques ORSEC de la Guadeloupe phénomènes volcaniques de 2018, est actuellement au niveau jaune (vigilance) depuis juillet 1999 \cite{PrefecturedelaRegionGuadeloupe2019DispositionsVolcaniques}. Depuis mai 2018, l'Observatoire Volcanologique et sismologique de Guadeloupe - Institut de Physique du Globe de Paris a renforcé la surveillance du fait d'une recrudescence d'activité au sein de ce niveau jaune de vigilance. Toute éruption future de la Soufrière présente, à différentes échelles d’intensité, d’espace et de temps des risques non négligeables, voire majeurs pour les populations. Bien souvent la seule protection possible contre de telles manifestations, potentiellement violentes, est alors de quitter la zone de danger. L’évacuation, à l’instar du risque volcanique, est influencée par des dynamiques sociales complexes. Si le choix de la tactique d'évacuation de la population (e.g partielle, totale, synchrone, asynchrone) est fonction de la crise éruptive et des capacités d'anticipation ("prévisions") de l'Observatoire Volcanologique et sismologique de Guadeloupe, la décision stratégique d'évacuer est du ressort de l'autorité publique. C'est le préfet qui est responsable du plan d'évacuation et la réussite de l'évacuation, quelle que soit sa forme, repose sur la stratégie globale de gestion du risque ainsi que sur la perception qu'a le public du risque volcanique. La réalité complexe des systèmes volcaniques et de leurs éruptions se traduit par un degré élevé d'incertitude sur le futur de la crise éruptive. Cette complexité oblige à une adaptation constante dans l'élaboration des stratégies d'évacuation et de prévention qui doivent tenir compte de ces incertitudes épistémiques et aléatoires. Face aux défis posés par les crises éruptives sur le territoire de la Guadeloupe, la gestion du risque requiert une planification minutieuse et des exercices de gestion de crise en grandeur nature afin d’évaluer les verrous éventuels et les dangers d’une évacuation. En raison des coûts humains et des ressources nécessaires, il est extrêmement difficile de réaliser des exercices grandeur nature pour préparer les autorités et la population à une éventuelle évacuation. La simulation informatique à base d'agents se présente alors comme un outil privilégié pour se substituer à ces exercices. Dans ce contexte, une recherche pluridisciplinaire a été menée, allant de la technique informatique aux théories du comportement humain en passant par la modélisation des processus volcaniques de La Soufrière, pour simuler l’évacuation des populations exposées du sud de la région Basse-Terre (Guadeloupe, France). Ainsi, une série de scénarios éruptifs et d'évacuation ont été élaborés, simulés et explorés via la plate-forme de simulation à base d’agents GAMA et l'extension logicielle ESCAPE. Selon des logiques de scénarisation “How-to” et “What-if”, le modèle tente d'explorer les effets d'une des principales zones d'ombre des plans d'évacuation que sont les effets de décisions individuelles lors d’une crise éruptive de La Soufrière afin d’évaluer les différentes stratégies d'évacuation de Basse-Terre. Au-delà de démontrer l'efficacité de la suite logicielle ESCAPE pour simuler les situations d’urgence, les différents scénarios d'aléas et d'évacuation mettent en lumière les défis auxquels les instances gouvernementales seront confrontées lors d'une future crise éruptive de La Soufrière et apportent quelques éléments de réflexion. Ces cinq scénarios tentent de répondre à différentes questions de recherche liées aux évacuations. L'analyse des résultats de ces scénarios indique surtout qu'il est impératif de concilier planification rigoureuse et adaptabilité en synergie avec les caractéristiques des phénomènes éruptifs pour atteindre une gestion optimale du risque lors d'une évacuation qu'elle soit réactive ou préventive
The seismic and fumarollic activity of La Soufrière de Gaudeloupe increased in 1992. Continuing unrest led the Observatoire volocanologique et sismologique of Guadeloupe (OVSG-IPGP) to recommend in July 1999 to the authorities that the volcano alert be set to ‘‘Vigilance’’ (yellow). The OVSG-IPGP has been particularly vigilant and reinforced its monitoring following another significant increase of unrest in 2017 that culminated in magnitude 4.1 felt earthquake and a probable failed phreatic eruption on 28 april 2018. Volcanic activity remains difficult to forecast precisely, so the only way to stay safe, in case of an impending eruption, is to move away from the threatened area. This can be a major problem for the authorities and the population. In the French overseas departments, despite the presence of several volcanoes, there is limited experience in managing volcanic emergencies, especially in areas with a high population density and strategic assets, such as the Basse-Terre region of Guadeloupe in the Lesser Antilles. A mass evacuation is a complex process, involving many different actors who have to make decisions with limited information and high uncertainty, on short time scales. And the success of an evacuation will be dependent on the entire public authorities’ strategy and the public perception of volcanic risk. Furthermore volcanic hazards are characterized by a high degree of uncertainty regarding the type, intensity, and timing of eruptions. Emergency management must therefore take this into account. Therefore, it is crucial to devise and assess an emergency management strategy to identify potential problems and dangers that may arise during a mass evacuation. Crisis exercises can be planned to prepare the authorities and the population, but they are rarely carried out due to the human and resource costs involved. A series of evacuation scenarios are evaluated through simulations. In this context, agent-based models (ABMs) are particularly well-suited to simulate and model the complexity of mass evacuations (realism of agent behavior and environment, interaction between agents, observation of system dynamics at different scales, etc.). Based on the GAMA software and the ESCAPE extension, a series of evacuation scenarios is tested in order to provide recommendations and relevant information for stakeholders to assist them in the implementation of mitigation responses. Beyond demonstrating the effectiveness of the ESCAPE software for simulating emergency situations, the various scenarios highlight the diversity of challenges of a mass evacuation during a crisis of La Soufrière, and provide some valuable insights. Five scenarios attempt to answer various research questions related to mass evacuations. The scenarios suggest that effective evacuation risk management requires rigorous planning and an ability to adapt to evolving eruptive events

Nous avons appliqué la géochimie des gaz rares à la dynamique des éruptions explosives. Eléments traces, inertes chimiquement, les gaz rares sont, en effet, de parfaits traceurs de sources mais aussi des processus physiques comme le dégazage des magmas. Premièrement, nous nous sommes intéressés au dégazage passif d’un corps magmatique en période de repos à travers l’étude de fluides hydrothermaux collectés à la surface. Deuxièmement, nous avons exploré le dégazage actif d’un magma lors des explosions pliniennes à travers l’étude de la phase gazeuse contenue dans les ponces. Dans ces différents types d’échantillons, nous avons mesuré les fractionnements élémentaires et isotopiques des cinq gaz rares permettant ainsi d’amener une contrainte temporelle sur ces processus. Le dégazage passif des magmas est étudié principalement sur le volcan de la Soufrière de Guadeloupe. Nous avons commencé par contraindre le fonctionnement du système hydrothermal en couplant les gaz rares aux méthodes de surveillances géochimiques actuelles. Puis, nous nous sommes affranchis de cette perturbation superficielle pour estimer la fréquence de remplissage de la chambre depuis la dernière éruption magmatique. Cette estimation, basée sur les flux d’hélium émis par le volcan en lien avec les données géophysiques, nous a permis d’émettre une nouvelle théorie sur l’origine de la crise phréatique de 1976-77. Cette crise serait le résultat d’une injection de magma entre 1959-1962 et d’une obturation du système hydrothermal durant les années suivantes. L’étude du dégazage actif des magmas lors des éruptions pliniennes a été réalisée en mesurant les concentrations et les rapports isotopiques des gaz rares contenus dans les vésicules fermées des pierres ponces. Nos mesures réalisées sur des ponces issues de zones de subduction et de points chauds sont indépendantes du contexte géodynamique, de l’âge de la ponce et de la puissance de l’éruption, mais similaires pour une même éruption. Nos ponces sont caractérisées par un enrichissement systématique en néon par rapport à l’argon et par un rapport isotopique 38Ar/36Ar fractionné, corrélé au facteur de fractionnement du 84Kr. Nous proposons ici un modèle numérique de dégazage cinétique du magma avant sa fragmentation montrant la rapidité du processus : quelques minutes seulement semblent nécessaires. Nous avons appliqué ces nouvelles connaissances pour étudier les trois dernières éruptions pliniennes de la Montagne Pelée. Grâce à cette étude systématique, nous confirmons l’utilisation des fractionnements élémentaires pour identifier à quelle éruption un affleurement peut être attribué. Nous démontrons que les différentes signatures en gaz rares des ponces sont le résultat de deux temps différents de dégazage. Nous sommes également capables de contraindre l’efficacité de la fragmentation, dissociant fragmentation grossière et fragmentation fine
Noble gases are used to study magma degassing processes during explosive eruptions. They are trace elements and ideal tracers of physical processes since chemically inert. We essentially focused on the passive degassing of magma in quiescent volcanic periods and on the active degassing of magma during explosive eruptions. The passive degassing was investigated by measuring helium concentration and isotopic ratios in thermal springs and fumaroles in La Soufrière volcano (Guadeloupe, F. W. I. ). By combining our study with carbon data, we are now able to understand the behaviour of the hydrothermal system. Then, 3He fluxes in both fumaroles and springs have been estimated and related to 3He content in the magma chamber. In order to maintain the 3He flux measured at the surface, we conclude that the magma chamber must be regularly fed by fresh magma batches. Using our new results and data from literature, we propose that the historical activity of la Soufrière volcano can be explained by both abnormal energy inputs from new magma batches in the chamber and cycles of clogging of the hydrothermal system. We propose a new scenario for the origin of the 1976-1977 crisis whereby a fresh batch of magma could have been emplaced possibly between 1959 and 1962 in the magma chamber. The resulting heat flux is not stored in the different aquifers but preferentially evacuated through fractures reactivated or created during the 1956 phreatic eruption. Only when the self-sealing of the hydrothermal system is sufficiently developed, can pressure and temperature within the aquifers rapidly increase to trigger a crisis. To assess active magma degassing processes during Plinian eruptions, noble gas abundances and isotopic ratios have been determined in preserved vesicles of pumices. All samples are characterized by a systematic enrichment in neon over argon and an isotopically fractioned 38Ar/36Ar ratio associated with the fractionation factor of 84Kr. These features do not depend on geological setting, or on pumice age, or eruption intensity. However, they are similar for pumices from the same eruption. We propose here a model of kinetic magma degassing before fragmentation. The model explains measurements and shows the rapidity of the magma degassing process in the conduit (few minutes). Then, we analysed samples coming from the last three Plinian eruptions of Montagne Pelée volcano (F. W. I. ). Thanks to this new study, we confirmed the use of noble gas patterns to identify to which eruption an outcrop can be associated. We also demonstrate that the elemental and isotopic fractionations of noble gases in pumices are the result of two different degassing times. For the last Plinian eruption, we are also able to evaluate the efficiency of the fragmentation, separating coarse fragmentation and fine fragmentation

Pendant ce travail de thèse, 1640 flux de C0₂ et 876 flux de gaz radioactif radon-222 ont été mesurés sur le site de Syabru-Bensi dans l'Himalaya central du Népal. Les flux atteignent des valeurs très élevées, supérieures respectivement à 100 kg m. ⁻² jour⁻¹ pour le C0₂ et 12 Bq m. ⁻²s ⁻¹ pour le radon. Plus globalement, du Népal de l'Ouest à l'est du Népal central, plus de 2700 flux de CO₂ et plus de 1300 flux de radon ont été mesurés. Les décharges intégrées de C0₂ varient entre des valeurs d'environ 1 t an ⁻¹ et des valeurs comprises entre 500 et 2400 t an ⁻¹, et sont organisées de façon cohérente sur des sites séparés de plus de 10 km. Les forts dégazages ont lieu entre l'est des Annapurnas et la haute vallée de la Trisuli, segment qui concentre en outre une activité microsismique modérée et une lacune de grands séismes. La décharge de C0₂ est toujours associée à une décharge de radon, avec une relation qui dépend du site. Des mesures du terme source radon, ou concentration en radium effectif (ECRa), ont été effectuées sur plus de 1400 échantillons de roches et de sols, grâce auxquelles des modèles simples de transport ont été mis en place. Une forte décharge de radon peut être associée à une faible décharge de C0₂, lorsque le CO₂ provient du dégazage d'une source chaude riche en radon, ou lorsque le sol montre une forte ECRa. Les forts flux de radon associés aux forts flux de C0₂ peuvent provenir d'un dégazage d'une source à fort débit, mais peuvent aussi s'expliquer si le C0₂ est transporté d'une source profonde d'origine métamorphique à travers un réseau de failles. Ce travail ouvre de nouvelles perspectives dans la relation entre les séismes et les fluides géologiques
During this thesis, 1640 measurements of CO₂ flux and 876 measurements of the flux of radioactive gas radon-222 have been performed at the Syabru-Bensi geothermal System in the central Himalayas of Nepal. Fluxes reach extremely large values, larger than 100 kg m. ⁻² day⁻¹ for CO₂ and 12 Bq m⁻² s⁻¹ for radon. Overall, from Western Nepal to the East of central Nepal, more than 2700 measurements of C0₂ flux and more than 1300 measurements of radon flux have been carried out. Integrated C0₂ discharges vary from values of about 1 t year⁻¹ to values between 500 and 2400 t year⁻¹, and are organized in a coherent manner over sites separated by more than 10 km. Large discharges are concentrated between the East of the Annapurnas and the Upper Trisuli Valley, segment which coincides with moderate microseismic activity and a gap of large earthquakes. C0₂ discharge is always associated with radon discharge, with a relationship which depends on the site. Measurements of the radon source term, the effective radium concentration (ECRa), have been performed with more than 1400 rock and soil samples, thanks to which simple transport model have been established. Large radon discharge can be associated with a small CO₂ discharge, when CO₂ originates from the degassing of a radon rich hot spring, or when soil shows large ECRa. Large radon fluxes can be associated with large CO₂ flux in the presence of degassing of a hot spring with large flow rate, but also when CO₂ is transported from a deep metamorphic source through fault networks. This thesis opens new perspectives on the relationship between earthquakes and geological fluids

Les muons sont produits suite aux interactions de particules cosmiques avec l'atmosphère. La faible probabilité d'interaction des muons avec la matière leur permet d'atteindre la croûte terrestre et d'en traverser les premiers kilomètres. L'étude de l'atténuation du flux de muons permet alors d'obtenir une mesure directe de l'opacité de la roche. Cette opacité correspond à la masse volumique du milieu, intégrée le long du trajet parcouru à travers la roche. Il est donc possible de réaliser une tomographie d'objets géologiques. Un modèle de flux de muons souterrain est construit ici à partir de modèles de flux estimés en surface et d'un modèle d'atténuation à travers la roche. Il est nécessaire d'évaluer le temps minimal d'acquisition de données pour réaliser une tomographie. Une équation de faisabilité de la méthode est établie, elle dépend de l'objet étudié ainsi que de la capacité de détection du capteur utilisé. Des télescopes à muons ont été construits et conditionnés pour supporter une installation sur le terrain. Nous avons développé la modélisation de leur capacité de détection et de leur résolution angulaire et également mis au point une méthode de calibration permettant de corriger le signal d'une éventuelle distorsion. Le développement de cette nouvelle méthode de tomographie géophysique est ensuite illustrée de deux exemples d'applications. Les mesures réalisées dans le laboratoire souterrain du Mont Terri nous ont permis de bénéficier de conditions d'acquisition stables pour perfectionner la construction des télescopes et valider les différents modèles. Un second détecteur a ensuite été installé sur les flancs de la Soufrière de Guadeloupe
Muons are produced by the interaction of cosmic rays with the atmosphere. Their low interaction probability with matter allows them to reach and cross the first kilometers of the Earth crust. The study of the muon flux attenuation allows to obtain a direct measurement of the rock opacity. This opacity corresponds to the media density, integrated along the muon path through rock. It is then possible to realise geophysical tomographies of geological objects. An underground muon flux model is developped herein from flux models estimated at surface and a model of muon flux attenuation through rock. It is necessary to evaluate the minimum time of data acquisition to realise a tomography, from the muon flux estimation and the a priori geological knowledge of the media. A feasability equation of the method is established, it depends on the studied object and on die detection capacity of the sensor used. Muons sensors have been built and conditionned to bear field installation. We developped the modelisation of their detection capacity and angular resolution as well as a calibration method to correct the signal from any distorsion. The development of this new tomographic method is then illustrated by two geophysical applications. The measurements realised in the Mont Terri underground laboratory (Switzerland) allowed us to benefit from stable acquisition conditions to perfect the telescopes construction and validate the different models. A second sensor has been placed later on la Soufrière de Guadeloupe flanks (West Indies). The density tomography allows to improve the knowledge of the internal structure in order to better estimate the hazards of this dangerous volcano

L'activité hydrothermale volcanique présente des risques permanents liés à l'émission de gaz toxiques provenant à la fois du sol et des fumerolles. Cependant, des risques plus difficilement prévisibles peuvent également survenir tels que les explosions phréatiques ou l'effondrement des flancs. La présence d'un système hydrothermal a des implications importantes pour l'interprétation des signaux provenant du système magmatique. Par conséquent, la distribution spatiale et l'évolution temporelle des signaux géophysiques et géochimiques sur les volcans hydrothermaux donnent des informations cruciales pour la détection des précurseurs de l'activité éruptive.La Soufrière de Guadeloupe est actuellement dans une phase de réactivation qui a débuté en 1992 et dont l'intensité a augmenté en 2018. Afin de mieux comprendre le système hydrothermal de La Soufrière, nous avons effectué plusieurs cartographies du dégazage diffus du CO2 de la température et du Potentiel Spontané (PS) au niveau du dôme entre 2021 et 2024. Ce travail représente la première cartographie du PS depuis plus d'une décennie et la première quantification du dégazage de CO2 sur le sommet. Il fournit une image actualisée de la distribution de la circulation des fluides souterrains et les flux de chaleur et de CO2 associés. Nous proposons également une méthodologie numérique basée sur un modèle physique et des images thermiques des panaches de fumerolles permettant d'améliorer la quantification des flux des principales fumerolles de La Soufrière.En comparant nos mesures entre elles et à celles des études antérieures, nous constatons que la circulation des fluides hydrothermaux dans le secteur nord-est du sommet a augmenté de manière significative au cours de ces dernières années. Les profondeurs de condensation des fluides hydrothermaux ascendants suggèrent que ce développement peut être dû à un changement de la distribution de la perméabilité souterraine liée aux déformations du dôme. En parallèle, nous avons étudié la dynamique des flux hydrothermaux à l'aide d'une série temporelle du PS sur deux ans. Cette analyse montre des variations diurnes et semi-diurnes liées aux marées atmosphériques. Enfin, nous analysons la réponse du système hydrothermal aux précipitations, à la sismicité et à la température des fumerolles. Les résultats obtenus montrent que le secteur nord-est du sommet est fortement interconnecté et met en évidence le contrôle de la dynamique du système hydrothermal par les principales fractures du sommet.Cette thèse propose une image de la distribution actuelle et de l'évolution spatiotemporelle de la circulation des fluides hydrothermaux à La Soufrière de Guadeloupe. Nos résultats ont permis d'identifier les zones pour la surveillance future. De plus, les jeux de données acquises permettront de mieux contraindre les modèles issus d'autres méthodes géophysiques afin de déterminer l'état interne du dôme et d'évaluer les risques potentiels liés au dégazage passif, à l'altération ou à la pressurisation des fluides
Volcanic hydrothermal activity poses unpredictable hazards like phreatic explosions or flank collapse, as well as pervasive hazards such as the emission of hot, toxic gases from steaming ground and fumaroles. The presence of a hydrothermal system has important implications for interpreting signals from the magmatic system. Therefore, the spatial distribution and temporal evolution of geophysical and geochemical signals at volcanoes with long-lived hydrothermal systems provide crucial information for detecting precursors of eruptive activity.La Soufrière de Guadeloupe volcano is currently undergoing a phase of unrest, which started in 1992 and saw an increase in intensity in 2018. To advance the understanding of the shallow hydrothermal system at La Soufrière, we repeatedly mapped diffuse CO2 degassing, ground temperature and self-potential across the dome summit from 2021 to 2024. This work represents the first mapping of self-potential in over a decade and the first quantification of CO2 degassing over the entire summit. It provides an up-to-date picture of the distribution of subsurface fluid circulation and the associated ground heat and CO2 fluxes. We also outline a numerical approach to improve the quantification of the fumarole fluxes based on a physical plume model and thermal images of the fumarole plumes and use this to calculate heat and mass fluxes from La Soufrière's major fumaroles.Our multi-parameter mappings, repeated self-potential profiles, and comparisonswith previous studies show that hydrothermal fluid circulation in the northeastern summit sector has significantly increased over the last decade. Estimated condensation depths of ascending hydrothermal fluids suggest that this development may be due to a change in the distribution of subsurface permeability, which is likely related to the dome displacement field. The short-term dynamics of hydrothermal fluid circulation are investigated using a two-year self-potential time series. We observe diurnal and semidiurnal variations linked to atmospheric tides. Finally, we analyse the response of the shallow hydrothermal system to precipitation, seismicity and fumarole temperature.This shows that the northeastern summit sector is highly interconnected and highlights the strong structural control of the hydrothermal system dynamics by the main summit fractures.This work provides a picture of the current distribution and spatiotemporal evolution of shallow hydrothermal fluid circulation at La Soufrière de Guadeloupe. This helps us to identify the preferred zones for future monitoring. The datasets generated will help to constrain models from other geophysical methods to infer the internal state of the dome and assess potential hazards related to passive degassing, alteration or fluid pressurisation

II est indispensable pour La Soufrière de Guadeloupe d'améliorer notre connaissance de l'histoire passée duvolcan pour pouvoir élaborer des scénarii crédibles d'un futur événement éruptif. Ce travail présente une nouvelle chronologie détaillée de l'histoire eruptive du complexe de la Grande Découverte - Soufrière (GDS) de Guadeloupe pour les derniers 50 000 ans. Notre étude multi-approche est basée sur une étude stratigraphique de plus de 250 nouveaux affleurements, 181 nouvelles datations 14C et l'obtention de carottes sédimentaires de l'unité connue de « Cendres Jaunes ». Nos nouvelles données chrono-stratigraphiques couplées à une synthèse exhaustive des données passées démontrent notamment que l'activité magmatique du complexe GDS est beaucoup plus élevée que suggéré auparavant. Nous mettons en évidence un minimum de 28 événements éruptifs pour ce complexe et 15 événements éruptifs pour l'épisode plus récent de la Soufrière de Guadeloupe. Sur 50 000 ans nous caractérisons un minimum de 21 phases explosives majeures balayant une large gamme de magnitudes et un minimum de 17 phases à croissance de dôme de magnitude importante caractérisées par une importante explosivité. Plus de la moitié de ces événements éruptifs sont observés au cours des derniers 9000 ans et sont rattachés à l'épisode de la Soufrière. Ces phases éruptives sont associées à 16 déstabilisations de flanc au sein d'événements éruptifs complexes que l'on décrit comme polyphasiques. L'interprétation de ces données en termes de récurrence, de magnitude et d'intensité permet d'affiner nos scénarios éruptifs crédibles et réalistes pour un futur événement de la Soufrière de Guadeloupe
It is important for the Soufrière volcano to improve our reconstruction of the eruptive past over an extended period to elaborate refined and credible eruptive scenarios. In this doctoral thesis, we present the results of a new detailed chronology of the eruptive history of la Grande Decouverte - Soufrière (GDS) complex for the last 50 000 years. Our integrated approach is based on the stratigraphyic analysis of more than 250 new outcrops, 181 new radiocarbon age dates as well as on a sedimentologic study of cores newly obtained on the « Cendres Jaunes » unit. Combined with an exhaustive reinterpretation of older available data, our new chrono-stratigraphic data show that magmatic activity of la GDS complex is significantly higher than previously interpreted. Indeed, we have identified at least 28 eruptive events for the last 50 000 years of activity of the volcanic complex. Moreover, at least 15 eruptive events have occurred during the most recent Soufrière episode in the last 9150 years. Activity over the last 50 000 years consists of at least 21 major explosive eruptive phases showing a large range in magnitude, and at least 17 dome-forming eruptive phases of large magnitude characterized by an important explosivity. Finally, at least 16 recognized flank-collapse events are associated with these eruptive events. Our data suggests activity at La Soufrière of Guadeloupe is dominated by polyphasé eruptive events consisting of different phases of activity that occur over a short yet unknown span of time. The interpretation of these data allows us to elaborate credible eruptive scenarios for a future event at la Soufriere de Guadeloupe

On traite des eruptions explosives dirigees qui sont frequentes dans les volcans de zones de subduction a l'aide de deux exemples: la soufriere, en guadeloupe, a connu 4 eruptions de ce type au cours des derniers 140000 ans. Elles sont produites par l'avalanche catastrophique d'un secteur entier du volcan suivie par une explosion dirigee dans le sens de l'ecoulement de l'avalanche. Certaines presentent des caracteres phreatomagmatiques ou phreatiques. La montagne pelee, en martinique, possede un mecanisme eruptif de type nuee ardente qui resulte d'explosions superficielles dirigees lateralement et prenant naissance a la base d'un dome en cours de croissance. Les produits sont transportes sous forme d'ecoulements turbulents. On propose un modele de mise en place

Les îles du bassin caribéen figurent parmi les territoires dans le monde ayant la particularité d’être exposés à tous les types de risque naturel à l’exception du risque d’avalanche. Pourtant, le bilan global quant à leur prise en compte effective reste peu satisfaisant : En effet on constate des lacunes tant au niveau de l’information des populations qu’au niveau des moyens « administratifs et techniques » de réponse au risque. Le risque volcanique en particulier, bien que concernant onze territoires dans les petites Antilles, est relativement « éclipsé » par les autres risques dans les agendas gouvernementaux. Or, les « poudrières » de la Caraïbe sont pour la plupart actives. De plus, du fait de leur exiguïté et de la concentration de populations et d’infrastructures aux abords des volcans ; les territoires insulaires ont une vulnérabilité accrue. Des manifestations violentes peuvent entraîner, comme l’ont montré les cas de la Montagne Pelée en Martinique (1902) et plus récemment celui de la Soufrière Hills à Montserrat (1995 à nos jours), un bilan humain particulièrement lourd. Surtout, même en tempérant le risque de perte de vies humaines grâce à la prévision, une crise volcanique majeure reste synonyme de désastre économique. Le caractère exceptionnel des manifestations volcaniques suffit-il à expliquer ce bilan ? Cette interrogation première nous amène à questionner les mécanismes caractérisant la gestion du risque volcanique dans les Caraïbes insulaires. Notre étude porte ainsi sur les deux crises qui ont été les plus débattues en matière de retour d’expérience : celle de la Soufrière de Guadeloupe en 1976 et celle de la Soufrière Hills de Montserrat, qui a connu son pic en 1997. La comparaison des politiques publiques de gestion des crises étudiées nous permet d’identifier les facteurs orientant la stratégie des autorités compétentes en amont et en aval des crises
The islands of the Caribbean basin are among the territories in the world having the distinction of being exposed to all types of natural hazard except avalanche risk. However, the overall assessment of their effective consideration remains unsatisfactory: Indeed, there are gaps in both the information of the population and the level of "administrative and technical" means of response to risk. Volcanic risk in particular, although affecting eleven territories in the Lesser Antilles, is relatively "overshadowed" by other risks in government agendas. However, the "powder keg" of the Caribbean are mostly active. Moreover, because of their small size and the concentration of populations and infrastructures around volcanoes; island territories have increased vulnerability. Violent demonstrations can lead, as has been shown in the cases of Mount Pelee in Martinique (1902) and more recently that of the Soufrière Hills in Montserrat (1995 to the present day), a particularly heavy human toll. Above all, even with the risk of loss of life due to the forecast, a major volcanic crisis is synonymous with economic disaster.Is the exceptional character of volcanic events enough to explain this assessment? This first interrogation leads us to question the mechanisms characterizing the volcanic risk management in the insular Caribbean.Our study thus focuses on the two crises that have been the most debated in terms of feedback: that of Soufrière Guadeloupe in 1976 and that of Soufrière Hills Montserrat, which peaked in 1997. The comparison of public crisis management policies studied allows us to identify the factors guiding the strategy of the competent authorities upstream and downstream of crises

Les mesures de deformation realisees sur les volcans ont mis en evidence des deplacements et des variations d'inclinaison forts avant, pendant et apres les eruptions. Ces changements sont lies soit a la mise en place d'une intrusion de magma, soit a des modifications des nappes thermominerales lors d'eruptions phreatiques. La surveillance des deformations, essentielle pour des massifs dont l'activite est soutenue, devient fondamentale pour des edifices dont la periodicite eruptive est centennale comme la soufriere de guadeloupe. Celle-ci fait partie, avec la montagne pelee de martinique et le piton de la fournaise a la reunion, des volcans francais surveilles par les observatoires volcanologiques de l'institut de physique du globe de paris, dans le cadre desquels cette etude a ete realisee. Ce document fait la synthese des mesures de deformations sur la soufriere entre 1976, date de sa derniere eruption et de l'installation des premiers reseaux, et 1996, annee d'implantation des actuels sites extensometriques et geodesiques. Il est d'abord rappele le contexte geologique du massif en presentant ses nombreuses destabilisations de flancs d'origine magmatique et phreatique. Puis l'activite historique du volcan est decrite, entre ses eruptions phreatiques, avec la derniere en 1976, et ses reactivations fumerolliennes, avec l'actuelle depuis 1990. Ensuite, toutes les donnees de deformation existantes sont presentees. On evoque la geodesie ou les donnees de nivellement direct distinguent deux periodes dans l'activite du massif depuis 1976 et isolent deux zones aux comportements differents : une au sud-ouest et l'autre au sud-est du dome. Ensuite l'extensometrie montre sur le long terme un changement de regime debut 1990 et sur le court terme des mouvements sur les fractures ou se situe l'essentiel de la reactivation fumerollienne. Enfin les donnees clinometriques viennent preciser les points deja evoques en indiquant des differences de comportement entre les deux fractures equipees. Enfin, une modelisation simpliste est effectuee, avec un modele analytique et un thermoelastique, permettant de rendre compte des variations altimetriques mesurees sur les profils de nivellement. Les resultats permettent de penser que les mouvements des nappes phreatiques sont a l'origine des deplacements observes.

L'eruption de 3100 bp de la soufriere (guadeloupe) est comparable a celle du 18 mai 1980 du mont st-helens dont le declenchement est lie a la presence d'une masse magmatique dans l'edifice volcanique. Les depots sont constitues de quatre unites superposees, formees durant quatre phases eruptives successives et contenant toutes des fragments d'andesite representant le magma juvenile ejecte lors de l'eruption et provenant de niveaux differents de l'intrusion. L'etude petrologique a montre que les differents fragments peuvent tous etre rattaches a une meme intrusion. L'etude en microscopie electronique analytique en transmission a ete limitee a certains phenocristaux que l'etude mineralogique a permis de differencier de cristaux ayant une histoire plus complexe. Les principales observations, dont aucune ne distingue les depots d'un niveau de l'autre, concernent les inclusions vitreuses, les exsolutions et des textures d'immiscibilite. L'immiscibilite se traduit, dans les inclusions vitreuses piegees dans les phenocristaux de plagioclases et dans la matrice entourant ces phenocristaux, par l'apparition de globules riches en fer dans une matrice riche en silice. Leur apparition resulte de l'enrichissement en fer du liquide induit dans les deux cas par la cristallisation de feldspaths. Le verre contenu dans toutes les inclusions vitreuses des phenocristaux est de nature rhyolitique, ceci pouvant s'expliquer par la presence autour des phenocristaux d'une zone de croissance enrichie en elements n'intervenant pas dans leur edification. Le geothermometre propose par fleet (1980) a partir des exsolutions de magnetite dans les augites, a permis de determiner, pour les quatre unites, une temperature de l'ordre de 600-700#oc interpretee comme la temperature maximale de l'intrusion au moment de l'eruption. L'intrusion ayant pu se refroidir au cours d'un temps relativement long apres sa mise en place, elle ne peut etre la cause directe du declenchement de l'eruption de 3100 bp

Etude du champ magnetique terrestre sur les edifices volcaniques ou dans les regions soumises a une activite sismotectonique. Trois themes de recherche sont developpes: l'acquisition des mesures de terrain, les mesures experimentales realisees en laboratoire, et les simulations numeriques. L'etude de terrain porte sur des resultats obtenus sur les volcans de la soufriere de guadeloupe, la montagne pelee de martinique et le piton de la fournaise a la reunion