Un nouvel outil pour mieux comprendre les systèmes volcaniques : la tomographie par muons, application à la Soufrière de Guadeloupe

L'activité volcanique terrestre met en jeu des processus physiques aujourd'hui relativement bien connus. De plus, les études géologiques menées sur le terrain permettent de retracer leur histoire. Pourtant, le fonctionnement des volcans actifs est généralement une énigme, et la prédiction de la date et l'intensité de leurs éruptions imprécise. Ce travail développe une nouvelle méthode de prospection géophysique : la tomographie par muons, et évalue son apport pour la compréhension des volcans parmi l'ensemble des techniques déjà disponibles. Notre cas d'étude est la Soufrière de Guadeloupe. La première partie évalue les différentes sources d'erreurs qui pourraient biaiser l'interprétation du signal mesuré. Pour cela, nous caractérisons dans le détail la réponse de notre instrument. Ensuite, grâce à des développements électroniques et des mesures dédiées, nous parvenons à mieux caractériser les propriétés des particules parasites qui s'ajoutent au signal de tomographie. Enfin, nous utilisons des simulations pour évaluer les biais engendrés par nos modèles de flux de muons. La seconde partie aborde le problème inverse de tomographie par muons. Ce dernier est trop mal posé pour utiliser la transformée de Radon, nous évaluons donc les alternatives envisageables. Ensuite, nous exposons l'intérêt de coupler tomographie et gravimétrie grâce à l'utilisation des noyaux résolvants. La fusion est intéressante car les deux techniques dépendent de la répartition spatiale de matière, mais ont des sensibilités très différentes. Forts de ces enseignements, et grâce à des expériences menées sur des sujets annexes, nous abordons la troisième partie dédiée à la Soufrière de Guadeloupe. D'abord nous inversons conjointement plusieurs jeux de données de tomographie pour remonter à la répartition de matière tridimensionnelle du dôme volcanique. Le résultat est encourageant car en accord avec les observations de terrain ainsi que l'anomalie de Bouguer du volcan. Puis, nous mettons en évidence la détection de variations du flux de muons liées à l'activité de la Soufrière, et probablement à l'apparition de la fumerolle Nord Napoléon en juillet 2014.