Téphro et cryptotéphrostratigraphie des séquences marines d’eau profonde. Que pouvons-nous apprendre du volcan de la Montagne Pelée et de l’éruption de la Youngest Toba Tuff ?

La compréhension de l’histoire volcanique passée en termes de fréquence, de chronologie, d’évolution magmatique et de dynamique éruptive est cruciale pour estimer les dangers que représentent les éruptions et fournir des informations essentielles pour prévoir les futures éruptions volcaniques. Les enregistrements à terre des séquences éruptives sont souvent incomplets en raison du recouvrement des dépôts volcaniques par les dépôts d’éruptions successives et/ou de l’érosion de ces dépôts notamment lors d’événements destructeurs brutaux comme les déstabilisations de flanc de volcans. Des facteurs variables et interdépendants, tels que la taille de l’éruption, le taux de production magmatique, la composition du magma, le style éruptif, ainsi que l’âge, la nature et l’épaisseur des dépôts, peuvent contribuer au faible potentiel de préservation des dépôts volcaniques, favorisant un sous-enregistrement de l’activité passée. En revanche, les événements à grande échelle sont susceptibles d’être peu préservés par les archives géologiques au fil du temps en raison de l’émission de grandes quantités de cendres (tephra) qui sont facilement transportées de manière distale avant d’être déposées sous forme de retombées de tephra. En ce sens, les dépôts marins peuvent être des archives très utiles pour contraindre plus précisément la chronologie et les caractéristiques des éruptions car ils préservent mieux les produits volcaniques dans le temps.

Dans cette thèse, nous présentons deux études téphrostratigraphiques marines menées dans le but de reconstruire l’histoire volcanique et magmatique de l’activité de la Montagne Pelée au cours des 130 derniers ka (Martinique, arc des Petites Antilles) et d’étudier la super-éruption du Youngest Toba Tuff qui s’est produite il y a environ 74 ka dans l’île de Sumatra (Indonésie). À cet égard, nous avons étudié les fragments de verre de produits volcaniques préservés dans deux enregistrements sédimentaires marins distincts (U1397A et BAR94-25). En utilisant une approche multidisciplinaire combinant des observations téphro-chronostratigraphiques (δ18O) et des analyses géochimiques et texturales in-situ des verres volcaniques, nous avons pu identifier plus précisément les phases de construction de la Montagne Pelée pendant sa période active et reconstruire la chronique de la plus jeune éruption du Toba Tuff à très haute résolution temporelle et sur une plus longue période. En particulier, nous revisitons la chronologie éruptive de la Montagne Pelée en étendant la durée de l’activité de la Paléo Pelée de ~50 ka à > 130 ka (probablement jusqu’à 190 ka) et le stade intermédiaire (phase de Grand Rivière) de 20 à ~50 ka. Pour la première fois, nous identifions de nombreux produits de l’activité de la Paléo-Pelée (50-130 ka) qui montrent des compositions de magma felsique plus évoluées que les stades plus jeunes. De plus, nous enregistrons plusieurs coulées pyroclastiques provenant du sud de la Dominique, dont l’activité se concentre sur quatre périodes principales couvrant la séquence de Roseau Tuff (37-41 ka), l’ignimbrite de Layou (~65 ka) et la déstabilisation de flanc du complexe volcanique du Plat Pays. Nous suggérons que cet événement destructeur ait pu se produire en plusieurs phases entre 87 et 98 ka. En ce qui concerne l’éruption du Youngest Toba Tuff, nous proposons un nouveau scénario éruptif, suggérant qu’il ne s’agit pas d’une éruption cataclysmique unique de courte durée à ~ 74-75 ka, mais plutôt d’une série de plusieurs épisodes volcaniques sur une période de temps plus étendue. Sur la base d’analyses texturales et de rapports spécifiques d’éléments traces (par exemple U-Th, Hf-Ta, Ba-Y), nous montrons que cette activité volcanique est en fait composée de multiples éruptions pliniennes divisées en trois périodes d’activité principales : l’activité pré-YTT (VAP1, 101 à ~79 ka), l’activité paroxystique YTT durable (VAP2, ~75-65 ka) et l’activité résurgente Post-YTT (VAP3, ~63 à au moins 49 ka). En conséquence, nous proposons de nouvelles hypothèses de travail pour mieux reconstruire les séquences éruptives du YTT, en termes de chronologie, de durée et de magnitude, ainsi que pour évaluer l’impact de ces nouvelles hypothèses sur le climat et l’environnement à l’échelle mondiale. 

Mots-clés : Téphro-chronostratigraphie marine, Cryptotephra, Géochimie du verre, LA-ICP-MS, Montagne Pelée, Sédimentation volcanique marine, Super-éruption du Youngest Toba Tuff.