Détection, Localisation et Caractérisation des évènements Very Low Frequency (VLF) dans la crise sismo-volcanique de Mayotte (2018-2022)

Les signaux sismiques transitoires au contenu basses fréquences sont observés en contexte volcanique et traduisent de la dynamique des fluides internes aux systèmes magmatiques.
Leur étude permet de renseigner de l’état des contraintes et sur les phénomènes magmatiques internes parmi lesquels des transferts et des résonances de fluides sont impliqués.

Le 11 Novembre 2018, un signal aussi unique qu’atypique, monochromatique à 15 s de période, est mondialement enregistré. Ce signal très basses fréquences (nommé Very Low Frequency, VLF) est d’abord interprété comme des ondes de surface d’origine volcanique, puis, comme la migration de fluides dans un conduit pressurisé. Ce signal émane de l’île de Mayotte située dans le canal du Mozambique (océan Indien) qui sépare l’Afrique de Madagascar. Mayotte est la plus ancienne île volcanique qui compose l’archipel des Comores où demeure, encore actif, le volcan du Karthala (Grande Comore) mais dont l’origine du volcanisme est complexe et toujours débattue.
L’évènement majeur du 11 Novembre 2018 n’est pas un cas isolé. Notre catalogue recense plus de 750 évènements similaires qui s’intègrent comme une composante de la crise sismique initiée le 10 Mai 2018 à 50 km à l’est des côtes de Mayotte. Un nouvel édifice volcanique de 6.55 km3, nommé Fani Maoré y est découvert par relevés bathymétriques lors de la campagne marine (N/O Marion Dufresne) en Mai 2019 .
Quel est le phénomène physique qui produit les évènements VLF ? Quels renseignements offrent-ils sur l’état, la géométrie et le volume des zones de stockage présentent dans la structure du système magmatique de Mayotte ?

Cette thèse est une étude approfondie des signaux VLF, d’origine magmatique, et spécifiques au contexte de la crise sismo-volcanique de Mayotte. Retracer leur origine s’inscrit dans la compréhension générale de la dynamique du système magmatique de Mayotte réactivé depuis Mai 2018.
L’analyse phénoménologique, en premier temps, passe par la construction d’un détecteur spécifique aux évènements VLF basé sur le pic spectral dominant à 15 s de période et de la longue durée des signaux (jusqu’à plus de 3000 secondes/50 minutes). Puis, une méthode de localisation par back-projection spatiale 3D est développée en prenant en compte le caractère non conventionnel de ces signaux. Enfin, une caractérisation basée sur l’inter-corrélation de la forme d’onde est réalisée au sein du réseau de stations locales, appuyées par les OBH [Ocean Bottom Hydrophones] déployés au cours des campagnes océanographiques supervisées par le REVOSIMA [Réseau de Surveillance Volcanologique et Sismologique de Mayotte]. La détection, la localisation et la caractérisation sismique des évènements VLF renseignent sur la source de ces signaux.
Les évènements VLF sont associés géographiquement à la sismicité proximale à 15 km des côtes mahoraises mais temporellement ils sont précurseurs à celle-ci. La profondeur, alors peu contrainte, sera déterminante pour retracer la source à l’origine des évènements VLF dans le système magmatique complexe de Mayotte. La réduction des incertitudes sur la profondeur deviendra le second challenge de cette thèse.
D’abord, par la modélisation télé-sismique de la forme d’onde, puis, à l’échelle locale, grâce à l’apport des OBH, une exploration de l’espace des hypocentres et des différents types de source est réalisée.
Le mécanisme focal comprend une proportion non-négligeable de CLVD, soit une source volumétrique induisant une dynamique de rupture non cassante. La source à l’origine des VLF se localise à des profondeurs intermédiaires, entre le sous-placage magmatique équivalent au MOHO et la sismicité. Le phénomène physique est alors interprété comme les mouvements de fluides en résonance dans une lentille magmatique réactivée par la crise sismique de Mayotte et la naissance du Fani Maoré.