Évaluation de la distribution de la résistance des roches dans un dôme de lave à l’aide de la tomographie à muons en 3D et implications pour les risques d’effondrement partiel d’un édifice

L’effondrement partiel des édifices volcaniques est un risque majeur associé aux volcans actifs et éteints.

 Ces mouvements destructeurs de roches, de débris ou de terre vers le bas d’une pente peuvent être responsables de la perte de milliers de vies et d’énormes dommages économiques. 

Dans le cas des volcans, l’effondrement partiel d’un édifice peut être déclenché par de grandes éruptions (e.g. Mont St. Helens, Etats-Unis, 1980) et provoquer la mise en place de grandes avalanches de débris qui peuvent être tsunamigènes en fonction de l’altitude, selon le contexte. Mais les effondrements partiels peuvent aussi avoir un déclencheur externe tel qu’un grand tremblement de terre (volcan Ontake, 1984, Japon) ou même des épisodes de fortes précipitations (le volcan Casita, 1998, Nicaragua).

Les systèmes hydrothermaux volcaniques sont des acteurs clés qui influencent la propension d’un édifice volcanique à s’effondrer l’effondrement d’un édifice volcanique. Les redistributions de fluide et de pression interstitielle dans ces systèmes peuvent être suffisantes pour déclencher l’effondrement. L’altération rapide de l’édifice due à la circulation de ces fluides chauds et extrêmement acides résulte en une roche mécaniquement faible qui est plus vulnérable et instable.

La stabilité des édifices volcaniques a été longuement étudiée depuis l’effondrement spectaculaire du flanc du Mont St Helens en 1980,  mais elle est souvent difficile à évaluer correctement en raison du manque de données sur leur structure interne et les propriétés de la roche (Voight, 2020). manque de données sur leur structure interne et les propriétés de la roche (Voight, 2020). L’imagerie de la composition des édifices volcaniques, de leur degré d’altération et de la distribution des fluides, est essentielle pour améliorer l’évaluation de ce risque naturel et de l’impact sur l’environnement et donc d’atténuer ses effets désastreux. Pour ce faire, des méthodes géophysiques non invasives peuvent être utilisées. En particulier, la connaissance de la distribution de la densité dans la structure supérieure du volcan (dôme de lave) peut aider à déterminer les régions mécaniquement faibles qui peuvent entraîner l’effondrement du flanc.

Les modèles de densité des volcans sont traditionnellement obtenus à l’aide de données gravimétriques; basées uniquement sur ces données et de faible résolution, d’autant plus que les conditions de terrain rendent souvent difficile une bonne couverture de la prise de données.. La tomographie par muons a émergé dans le domaine de la géophysique au cours des dernières décennies (Bonechi, 2020), permettant d’estimer la distribution de la densité de masse dans un corps géologique en mesurant le flux de muons qui le traversent. La méthode est similaire à la radiographie médicale par rayons X, où les particules sont absorbées en fonction de la masse. particules sont absorbées en fonction de la distribution de la densité de masse le long du chemin parcouru (Procureur, 2018). La tomographie muonique consiste à réaliser une radiographie d’un corps géologique de grandes dimensions en utilisant un seul détecteur. 

L’application de la tomographie à muons à des problèmes spécifiques a favorisé des progrès rapides en termes d’instrumentation, la théorie qui sous-tend l’application, et la méthodologie utilisée pour l’analyse des données (Kaiser, 2018). Cependant, cette méthode est encore nouvelle sous de nombreux aspects, avec de nombreuses possibilités d’amélioration en termes d’optimisation de la résolution spatiale, de réduction de l’incertitude des données, et de de la combiner avec d’autres méthodes géophysiques (Bonomi et al., 2020).