Apport de l’écoute sismique pour l’étude des éboulements du cratère Dolomieu, Piton de la Fournaise, La Réunion.

Résumé : Le réseau sismique permanent mis en place sur le volcan du Piton de la Fournaise (La Réunion) par l'OVPF est particulièrement adapté à l'étude des signaux sismiques générés par les instabilités gravitaires et liés à l'activité volcanique. Les signaux sismiques de centaines d'effondrements qui ont eu lieu dans le cratère Dolomieu ont été étudiés en vue de déterminer le lien entre les processus générateurs d'effondrements, leurs caractéristiques intrinsèques et les signaux sismique associés. Notre étude des écoulements granulaires (processus physique adopté par la majorité des effondrements observés dans le cratère Dolomieu) a révélé une loi d'échelle propre à ces phénomènes entre l'énergie sismique et la durée du signal. Une approche semi-empirique et des simulations numériques ont montré qu'une loi d'échelle similaire existe entre la différence d'énergie potentielle d'un écoulement granulaire et sa durée de propagation sur les pentes intérieures du cratère. Les simulations ont également révélé le rôle de la topographie locale sur ces lois d'échelle. En outre, la comparaison des données observées et simulées a permis l'évaluation de la proportion de la différence d'énergie potentielle dissipée sous forme d'ondes sismiques, permettant d'estimer directement les volumes des écoulements granulaires à partir de leurs signaux sismiques. Une méthode de pointé automatique efficace même pour les signaux très particuliers des éboulements, basée sur le calcul du kurtosis, permet de déterminer le moment précis de la transition entre bruit et signal. Cette approche se révèle rapide, efficace et précise pour le pointé des premières arrivées des signaux générés par les éboulements, et ce malgré les difficultés causées par la nature émergente de ces signaux. De plus, cet outil a permis de construire des méthodes de localisation automatiques, basées sur les temps d'arrivée des ondes et un modèle de propagation calculé par la Fast Marching Method, et ayant une précision satisfaisante pour l'étude de la répartition spatiale des éboulements. Ces méthodes ont été testées sur des évènements dont les localisations étaient préalablement connues. Les résultats obtenus sont positifs, et ce même pour des évènements détectés par seulement trois stations. Cet ensemble de méthodes a permis l'étude d'une base de données de 12422 éboulements s'étant produits pendant une période allant de mai 2007 à mai 2011, soit de l'effondrement du cratère Dolomieu jusqu'à la fin du projet UNDERVOLC. Cette étude a montré que de manière générale, les éboulements sont des marqueurs temporels des éruptions à venir. Ainsi l'activité des éboulements est une information supplémentaire à intégrer dans l'étude globale des phénomènes indiquant l'éventualité d'une éruption. Abstract : The permanent seismic network set up on the Piton de la fournaise volcano by the Observatoire Volcanologique du Piton de la fournaise (OVPF) is particularly well suited to studying seismic signals generated by slope instabilities related to volcanic activity. Hundred seismic signals generated by rockfalls that occurred in the Dolomieu crater are studied to assess the links between the processes that trigger the rockfalls, their intrinsic properties and the associated seismic signals. For granular flows (which is the dominant mecanism of rockfalls occurring in the Dolomieu crater) a scaling law is revealed between seismic energy and signal duration. A semi-empirical approach based on both analytical analysis and numerical simulation of these flows shows that a similar scaling law exists between the difference of potential-energy computed for an event and its propagation times, and also emphasize the effect of local topography on this scaling law. Simulated and observed data were compared to evaluate the proportion of potential energy dissipated in the form of seismic waves and confirm a direct link between the seismic energy and potential energy of a given granular flow, thus leading to the estimation of their volumes. A kurtosis-based automatic picking method makes it possible to precisely pick the onset time and the final time of the rockfall generated seismic signals, despite their peculiarity. We established localisations methods based on these precise picking, and a surface wave propagation model computed for each station from a Fast Marching Method. These methods have successfully localized rockfalls which were directly observed. This set of methods makes it possible the study of a database of 12422 rockfalls that occurred during a period going from May 2007 to May 2011, from the Dolomieu crater floor collapse to the end of the UDNERVOLC project. This study showed that in general, rockfalls are temporal markers of incoming eruptions. Thus, the activity of rockfall is an information that must be included in the overall study of phenomena indicating the eventuality of an eruption.