Identification et modélisation des processus physiques de déclenchement et modulation de la sismicité volcanique : applications à la Soufrière de Guadeloupe

La Soufrière de Guadeloupe présente une activité sismo-volcanique en lien avec un système hydrothermal actif. Cette microsismicité est superficielle (< 1km sous la surface) et sous la forme d’essaims. Depuis 2018, la fréquence d’occurrence des essaims est augmentée sans qu’aucune cause directe entre forçage interne et/ou externe puisse être identifié.

Le catalogue de sismicité volcanique et les variations relatives de vitesse sismiques (dV/V) présentent des évolutions spatio-temporelles pouvant nous renseigner sur les mécanismes contrôlant les essaims de sismicité de la Soufrière. Identifier les processus physiques responsables du déclenchement et de la modulation des essaims sismiques à faible profondeur est essentiel pour évaluer le risque d’éruption phréatique (pressurisation, surchauffe) ainsi que celui lié à l’instabilité gravitaire des flancs du volcan dont les forçages internes et externes au système volcanique sont nombreux, complexes et non-linéaires.

Les liens potentiels entre certaines déformations non-tectoniques et l’activation puis l’évolution d’essaims sismiques est un sujet de grande importance, toujours débattu. Ces liens sont difficiles à identifier car ils peuvent impliquer des processus divers à des échelles spatiales et temporelles multiples. Les méthodes classiquement utilisées pour établir ces liens nécessitent des hypothèses a priori sur leurs causes physiques ou leurs propriétés statistiques, qui sont le plus souvent inconnues.

L’objectif de cette thèse est de chercher des modes de variabilité communs de l’évolution spatio-temporelle de la sismicité avec d’autres paramètres physico-chimiques disponibles pour le volcan de la Soufrière (déformations, pluviométrie, flux thermique des fumerolles, du sol et des sources…). Ce travail s’appuiera sur une approche utilisant une méthode d’analyse spectrale: la Multiple Singular Spectrum Analysis (M-SSA). La M-SSA permet d’extraire des séries temporelles de données des informations quantifiées sur leurs structures communes (tendances, périodicités, bruit) sans connaissance a priori de la dynamique du système sous-jacent.

La recherche de modes de variabilité communs entre la sismicité et de nombreux jeux de données complémentaires aidera à identifier les différents mécanismes responsables de l’activité sismique de la Soufrière et de les associer à différentes zones actives du système. A partir de leurs identifications, les modes de variabilité communs feront l’objet d’une modélisation physique de premier ordre visant à établir un lien robuste entre sismicité et déformation élastique, thermo- ou poroélastique dans l’encaissant. Les résultats de cette thèse devraient donc avoir des implications en termes de détection de précurseurs de phénomènes critiques et d’intégration avec les réseaux et méthodes de surveillance multiparamètres.