Thèmes de recherche de l’équipe Systèmes Volcaniques

Nous étudions les processus majeurs qui contrôlent l’évolution des édifices volcaniques en contexte insulaire (phases de construction et de démantèlement) en combinant études à terre et études en mer (géophysique + carottes) 

• Mise en évidence de déformation lente (spreading, glissements lents) ou brutale (déstabilisation de flancs) des volcans de l’île de La Réunion (Pitons des Neiges et de la Fournaise) (Michon et Saint-Ange, 2008; Famin et Michon, 2010; Le Friant et al., 2011 ; Lebas, thèse en cours). Nous avons mis en évidence en particulier une différence de comportement entre les 2 édifices volcaniques (Le Friant et al., 2011) et le rôle majeur des injections de type sill dans cette déformation (Famin et Michon, 2010). Modélisation de la croissance endogène du Piton de la Fournaise et de la formation des rift zones (Michon et al., 2009).
• Identification de 52 instabilités sur les volcans antillais au cours de leur évolution (Boudon et al., 2007 ; Le Friant et al., 2008, 2009; Lebas et al., 2011), tandis que 75% des produits émis par le volcan de Soufrière Hills (Montserrat) se sont épanchés en mer depuis 1995 (Le Friant et al., 2009, 2010 ; Trofimovs et al., 2006).
• Reconstruction de l’histoire des volcans à partir des études à terre et en mer : chronologie des éruptions, typologie et  produits associés, mais aussi détermination des paramètres dynamiques qui les caractérisent (taux éruptif magmatique, magnitude, intensité) et intégration de ces évènements catastrophiques (e.g : Soufrière de Guadeloupe : 11 effondrement en 12 ka et 1 éruption /1000 ans, Komorowski et al., 2008; Boudon et al., 2007; Le Friant et al., 2008; Legendre, 2012).

Nous développons l’étude intégrée des processus de dégazage magmatique, en relation avec les dynamismes éruptifs, par l’étude couplée des produits solides, volatils et gazeux.

Voici les différents points clefs :

• Mise en évidence du transfert différentiel de CO2, dans les magmas modifiant leur contenu en eau, leurs propriétés physiques-minéralogiques, et donc la dynamique éruptive (Aiuppa et al., 2011; Allard, 2010; Métrich et al. 2010, 2011; Allard et al., 2009; Corsaro et al., 2009; Métrich & Wallace 2008).

• Mesures de l’eau et du redox dans les magmas/verres par spectroscopies micro-Raman (Di Muro et al., 2009 ; Mercier et al., 2009, 2010) et d’absorption X (Métrich et al., 2009), qui complémentent parfaitement l’étude du CO2 dans les magmas. Application à l’étude de l’évolution de la phase fluide de systèmes volcaniques actifs (Stromboli, Yasur, Villarica, Vulcano, Mt. Serrat, Quilotoa, Piton de la Fournaise).

• Premières mesures par spectroscopie OP-FTIR de la composition chimique et profondeur d’origine des gaz magmatiques pendant différents types d’éruptions, effusives (Etna: La Spina et al. 2011; Ambrym: Allard et al. 2011 ; Piton de la Fournaise: Allard et al,. soumis) à explosives (Stromboli: Burton et al. 2007; Yasur: Allard et al. 2012; Eyjafjallajökull: Allard et al. 2010).

• Bilans d’alimentation et dégazage magmatique : application aux volcans du Vanuatu, en relation avec l’activité éruptive et les phénomènes de résurgence post-caldera (Métrich et al. 2011; Allard et al. 2008, 2010, 2011).

• Traçage élémentaire et isotopique de la nature des fluides issus du slab à l’origine de la variabilité géochimique des magmas primaires du sud de l’arc des Antilles (Bouvier et al. 2008, 2010 a,b).

• Traçage géochimique des magmas sous-saturés en domaine d’arc par l’étude des inclusions vitreuses (Sorbadère et al.2011).

• Etude du comportement des éléments volatils (halogènes et H2O) en relation avec la texture des éjectas (vésicularité et microcristallinité) dans la partie supérieure des conduits d’alimentation au cours des éruptions pliniennes, vulcaniennes et effusives à dôme (Balcone-Boissard et al., 2008, 2010, 2011 ; Villemant et al., 2008).

• Suivi et modélisation du dynamisme éruptif du Piton de La Fournaise. (Peltier et al., 2008, 2009, 2010).

L’analyse croisée des données de déformation avec les données sismologiques et géochimiques de la période 1998-actuel a permit de mettre en évidence les grandes structures d’alimentation du volcan et d’imager un réservoir superficiel localisé aux alentours de 2000-2500m de profondeur, d’où s’enracinent la majorité des dykes alimentant les éruptions de surface.
Sur la période 1998-2007, une cyclicité des éruptions a été mise en évidence; chaque cycle est défini par une séquence d’éruptions sommitales et latérales terminées par une éruption lointaine à océanite. Ces éruptions successives sont caractérisées par des dykes s’initiant à des niveaux de plus en plus profonds et des laves enrichis en olivine. Ces cycles durant lesquels l’inflation du cône est continue, pourraient témoigner d’une réalimentation continue du système de stockage superficiel, contrôlant en partie la déstabilisation du flanc est et donc la propagation lointaine d’un dyke vers ce flanc en fin de cycle lorsque l’équilibre limite est atteint.
Les études des déformations de surface ont permis de caractériser l’influence de l’effondrement du cratère Dolomieu d’Avril 2007 sur l’activité et le dynamisme actuel du volcan (Peltier et al., 2010). Les changements de distribution de contrainte dans l’édifice suite à l’effondrement et l’endommagement du réservoir superficiel, ont temporairement favorisés l’arrêt des dykes en profondeur.

• Mise en évidence du rôle majeur de la différenciation initiale des magmas – probablement infracrustale – et  de la contamination superficielle (cannibalisme) à partir d’une source initiale homogène (Villemant et al., 2009, Salaün et al., 2010). Etude des effondrements caldériques et de la dynamique éruptive associée (Michon et al., 2007, 2009, 2011, Peltier et al., 2009). Volume spécial de J. Volcanol. Geotherm. Res. co-édité par L. Michon et Th. Staudacher en 2009 sur L’activité du Piton de la Fournaise depuis 1998.

• Etudes des circulations hydrothermales en domaine volcanique par des études géophysiques (tomographie électrique, Polarisation Spontanée), de thermométrie et des gaz du sol. Reconnaissance de structures actives sur : Piton de La Fournaise (Barde Cabusson et al., 2011), Soufrière de Guadeloupe, du Karthala, Santiaguito-Santa Maria-Cerro Quemado-Zunil (Bennati et al., 2011), Vulcano (Revil et al., 2008, 2010 ; Barde-Cabusson et al., 2009), Stromboli (Finizola et al., 2009, 2010; Revil et al., 2011). Corrélation entre ces limites structurales et les crises éruptives (Barde-Cabusson et al., 2011). Mise en place d’une station permanente multi-paramètres de surveillance du système hydrothermal à  Stromboli et en Guadeloupe.

• Caractérisation de l’activité hydrothermale récente et fossile de la Soufrière de Guadeloupe: modélisation de l’évolution des sources magmatiques de l’activité fumerollienne initiée lors de l’éruption de 1976 (Boichu 2006 ; Boichu et al., 2008, 2011), analyse géochimique (traces, isotopes U-Th) et minéralogique des produits d’altération hydrothermale fossiles DAD et cendres de 1976) et actifs (Salaün 2009, Salaün et al., in press). Surveillance géochimique des eaux thermales et fumerolles de la Soufrière en utilisant les fractionnements entre halogènes. Première quantification des flux de mercure dans le panache sommital du volcan (Bagnato et al. 2009).