Caractérisation des processus d’instabilité affectant les îles volcaniques: Application au volcan de la Montagne Pelée en Martinique à partir de l’exploitation des forages de l’Expédition IODP 340

Résumé Cette thèse étudie les processus d’instabilité affectant l’île volcanique de la Martinique (Petites Antilles) à partir de l’analyse combinée de données de géophysique marine et de forages profonds. Les premières ont été acquises au cours de trois campagnes océanographiques réalisées au large de l’île (AGUADOMAR – 1999, CARAVAL – 2002 et GWADASEIS – 2009) alors que les données de forage ont été collectées lors de l’Expédition IODP 340 (2012), première du genre à avoir foré dans des dépôts liés à l’activité volcanique d’une île. La couverture complète des données de géophysique marine a permis de caractériser l’architecture, l’extension et le volume de ces dépôts, alors que les données de forages ont permis de contraindre leur composition et a posteriori, leur origine. L’ensemble de ces données nous permet aujourd’hui de proposer un nouveau modèle établissant un lien entre les processus de déstabilisations de flanc du volcan de la Montagne Pelée et des processus de glissements sous-marins au large de l’île. Ce modèle repose sur deux hypothèses principales : 1/ la mise en place des avalanches de débris est contrôlée par la rupture de pente entre le flanc sous-marin du volcan et le bassin de Grenade et 2/ le poids généré par les dépôts d’avalanches de débris a pu déclencher une rupture des sédiments et la propagation d’un glissement sous-marin en aval. Afin de tester l’exactitude de la 1ère hypothèse et de comprendre les mécanismes de mise en place des avalanches de débris, des simulations numériques ont été réalisées. Basées sur la reproduction du 3ème et dernier dépôt d’avalanche de débris, l’ensemble des simulations montre qu’une loi de friction de type Pouliquen est la plus adaptée pour reproduire le dépôt (en terme de distance de propagation, morphologie et répartition des épaisseurs au sein du dépôt). L’eau ne semble influencer que la dynamique d’écoulement de l’avalanche tandis que la rugosité de la topographie impacte sur la répartition des épaisseurs du dépôt, et la rupture de pente semble ralentir l’extension des avalanches. Par ailleurs, dans le but de vérifier la 2ème hypothèse du modèle et de comprendre les mécanismes de déclenchement et de propagation des glissements sous-marins sur une pente, des expériences de modélisation analogique ont été réalisées. Elles démontrent l’influence de la géométrie de la pente (et surtout des ruptures de pente), de l’eau et des apports de matériels sur la distance de propagation du glissement. Ces apports de matériel permettent d’accélérer momentanément la vitesse du glissement, et ce essentiellement au début du processus. Enfin, nous discutons la possibilité d’appliquer le nouveau modèle proposé aux autres îles de l’arc des Petites Antilles et à d’autres îles volcaniques du monde. Abstract: This study focuses on instability processes occuring on the volcanic island of Martinique (Lesser Antilles) from the combined analysis of marine geophysical and deep drilling datasets. The first ones were gathered during three oceanographic cruises offshore the island (AGUADOMAR – 1999, CARAVAL – 2002 et GWADASEIS – 2009), while drilling data were collected during the IODP Expedition 340 (2012), the first of its kind which has drilled into deposits associated to the activity of a volcanic island. The full coverage of marine geophysical dataset allowed to characterize these deposits’s architecture, extent and volume while drilling data allowed to better constrain its composition and origin. All of these data allow us to propose a new model linking flank-collapse processes of Montagne Pelée volcano and submarine landslides processes offshore the island. This model relies on two main assumptions : 1/ debris avalanches’s emplacement is controled by the slope break between the submarine volcano flank and the Grenada Basin and 2/ the weight of debris avalanche deposits may have triggered a seafloor sediment failure resulting in a submarine landslide propagation downstream. In order to test the veracity of the 1st assumption and to better understand the emplacement mechanisms of debris avalanches, numerical simulations have been carried out. Based on the 3rd and last debris avalanche deposit modeling, all simulations show that a Pouliquen friction law is better appropriate to reproduce the deposit (in terms of runout distance, shape and deposit’s thicknesses). The water seems to influence the flow’s dynamic only while the topography’s roughness plays a part into thicknesses repartition within the deposit, and slope break seems to slow down the debris avalanches’s emplacement. In addition, in order to test the 2nd assumption of the model and to better understand the triggering and propagation mechanisms of submarine landslides over a slope, analog modeling experiments have been undertaken. It demonstrates the influence of the slope’s geometry (especially slope breaks), the water and the input materials over the runout distance of the landslide. Input materials allow to accelerate temporarily the landslide’s velocity, especially at the beginning of the process. Finally, we discuss the possibility to apply the new model proposed by this study to the others volcanic islands of the Lesser Antilles arc and to others volcanic island worldwide.