Aline Peltier

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Le thème central de mes recherches est l'étude des circulations de fluides (magmas, fluides hydrothermaux) en domaine volcanique à partir de leur signature géophysique de surface.

L'originalité de la démarche vient d'une approche multidisciplinaire intégrant à la fois l'analyse de terrain, l'analyse des données géophysiques enregistrées en surface et la modélisation numérique.
Cette démarche vise à mieux caractériser et comprendre la circulation des fluides et leur stockages dans les édifices volcaniques, en allant de la circulation des magmas, des profondeurs à la surface, à la circulation des fluides hydrothermaux.

La compréhension de ces circulations est primordiale dans l’optique de mieux comprendre le fonctionnement et l’évolution des systèmes volcaniques, et ainsi mieux appréhender les risques volcaniques associés. Il s’agit notamment d’identifier le rôle que peut jouer le système hydrothermal sur l’activité des édifices volcaniques (activité sismique, déformations de surface,
déclenchement des éruptions, déstabilisations, ...).

Mes travaux de recherche s’articulent ainsi autour de trois thèmes principaux :

(1) la caractérisation et la modélisation des transferts et stockages magmatiques à partir de l’analyse et de la modélisation des déformations de surface ;

(2) le suivi et la caractérisation des circulations hydrothermales en domaine volcanique à partir notamment de leurs signatures géophysiques (polarisation spontanée, résistivité électrique) et thermiques de surface ;

(3) l’étude de l’influence des systèmes hydrothermaux sur l’activité des édifices volcaniques.

Ces études ont été réalisées sur des volcans présentant un système magmatique et/ou hydrothermal actif (Piton de la Fournaise, Kilauea, Yasur, Stromboli, Etna, Vésuve, Karthala, Taupo, White Island, Soufrière de Guadeloupe), afin d'étudier les circulations de fluides sur des échelles de temps de courtes durées. Mes principaux résultats sont les suivants :

(1) Caractérisation et évolution des systèmes d’alimentation volcaniques.

- A Taupo (Nouvelle Zélande), les résultats, discriminant la part des déformations de surface actuelles liées au rifting régional, aux mouvements de failles, aux sources superficielles (hydrothermales) et profondes (magmatiques), ont permis de caractériser l’agencement et la localisation des principales sources magmatiques, hydrothermales et sismogènes actuelles sous le lac Taupo (Peltier et al., 2009).

(a) Localisation de la faille de Kaiapo et de la section présentée en (b). (b) Déplacements verticaux cumulés le long d’une section est-ouest au nord du lac de Taupo au cours de différentes périodes. (c) Comparaison entre les déplacements verticaux (cercles colorés) mesurés par nivellement du lac (référence : BP) et les déplacements horizontaux (flèches) enregistrés par GPS (référence B4LG) entre Février 2005 et Février 2007. En grisée : axe de la Zone Volcanique de Taupo en extension. D’après Peltier et al. (2009).

Déplacements verticaux modélisés en surface pour une extension uniforme de 10 mm.an-1, une extension non-uniforme de respectivement 10 et 5 mm.an-1 au nord et au sud, et une extension non-uniforme intégrant les effets de la présence de la caldera. Comparaison avec les données de nivellementinterpolées entre 1984 et 1996. D’après Peltier et al. (2009).

- Au Piton de La Fournaise (La Réunion), l’intégration de vastes jeux de données structurales, géophysiques et géochimiques dans un cadre unifié a permis de mieux comprendre le système d’alimentation superficiel du volcan, allant de la localisation des zones de stockage à la dynamique d’injection du magma vers la surface (via des dikes/sills) (Peltier et al., 2005, 2007, 2008, 2009, 2010, 2016; Smittarello et al., 2019). L’un des résultats majeurs de ce travail est d’avoir mis en évidence des évolutions dans le régime éruptif et le comportement du volcan au cours de ces 40 dernières années (Peltier et al., 2009, 2010, 2016, 2018; Brenguier et al., 2012; Roult et al., 2012) mais aussi à l’échelle historique (Peltier et al., 2012) en lien avec la recharge et la déstabilisation du système d’alimentation.

Gauche: Coupe nord-sud du Piton de La Fournaise, avec les vecteurs des déplacements GPS pré-éruptifs enregistrés les jours avant les éruptions d’Août 2004, Février 2005, Octobre 2005, Novembre 2005, Décembre 2005 et Juillet 2006. Les cercles colorés représentent les hypocentres des séismes de chaque période respective. Le cercle en pointillés représente la localisation de la source de pression modélisée. D’après Peltier et al. (2009).
Droite: Exemples de déplacements horizontaux (campagnes de ré-iétration GPS) associés à l’injection des dikes alimentant les (a) éruptions proximales d’Août et Septembre 2003 et (b) distales de Février et Décembre 2005. D’après Peltier et al. (2009).

Schéma du système alimentation superficiel du Piton de La Fournaise. D'après Peltier et al. (2009).

Coupe est-ouest du Piton de la Fournaise avec la localisation de la sismicité (1998-2007) et des niveaux de stockage déduits de l’inversion des données de déformation et sismiques. D'après Peltier et al. (2009).

L’un des résultats majeurs de ce travail est d’avoir mis en évidence des évolutions dans le régime éruptif du volcan au cours de ces 40 dernières années en lien avec la réalimentation et la déstabilisation du système d’alimentation superficiel, ainsi que la présence de cycle éruptif.

- Les volcans basaltiques, comme l’Etna (Italie), les volcans hawaïens (USA) et le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion, France), sont parmi les édifices les plus imposants sur terre. Sur ces volcans, l’action continue de la pression du magma est à l’origine de grande déformation qui contrôle la structure et la topographie de l’édifice avec des flancs plus ou moins mobiles, conséquence de l’action du champ de contrainte sur le long-terme (gravité, processus magmatiques et/ou tectonique régionale...). Hors, de part leur capacité à pouvoir générer de grandes déstabilisations et de larges glissements de terrain, les grandes déformations et les instabilités de flanc des édifices volcaniques sont parmi les phénomènes volcaniques les plus dangereux. Les travaux menées actuellement dans le cadre du projet ANR SlideVOLC, cherche à mieux comprendre ces événements catastrophiques. Notre capacité à prévoir ces événement repose sur notre compréhension du lien complexe existant entre le champ de contraintes, les processus volcaniques, tectoniques et hydrothermaux, et notre capacité à interpréter les signaux surveillés comme des précurseurs (Lien vers le projet ANR SlideVOLC; Poland, Peltier et al., 2017).

Déplacements de flanc mesurés par méthode GNSS au (A) Kilauea, (B) Piton de la Fournaise, (C) Etna.
D'après Peltier et al. (2015) et Poland, Peltier et al. (2017).

- Au Piton de La Fournaise (La Réunion), la prise en considération de la plasticité du milieu dans la modélisation a permis de mettre en évidence une périodicité de l'état de containte de l'édifice à l'origine des cycles éruptifs et des grands mouvements de flanc. L'edifice lui-même contrôlerai (au moins en partie) le transfert de magma (Got et al., 2013; Carrier et al., 2015; Peltier et al., 2015).

Exemple de cycle de

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déformation au Piton de la Fournaise. D'après Got et al. (2013).

(2) Caractérisation des systèmes hydrothermaux et de leur relation avec les structures superficielles du volcan.

L’étude couplée des données de polarisation spontanée, de tomographie électrique, des anomalies thermiques et CO2 nous a permis de mettre en évidence et de caractériser l’extension latérale et en profondeur des systèmes hydrothermaux des volcans Stromboli (Finizola et al., 2010; Revil et al., 2011), Piton de La Fournaise (Barde Cabusson et al., 2012; Dumont et al., 2019), Karthala, Yasur (Peltier et al., 2012) et La Soufrière de Guadeloupe (Brothelande et al., 2014), ainsi que leurs principales structures. En domaine volcanique, il apparaît que la circulation des fluides hydrothermaux est fortement influencée et contrôlée par les structures préexistantes (limites de caldera, fractures, ...) et la tectonique locale/régionale.

Comparaison entre les mesures de température de sub-surface (30cm de profondeur), les mesures de polarisation spontanée, les concentrations ou flux de CO2 au niveau du sol et la tomographie de résistivité électrique à Stromboli, (a) le long d’un profil à grande échelle traversant l’île du SW à l’E (Revil et al., 2011), et (b) le long d’un profil à petite échelle traversant une zone d’impact d’un bloc éjecté lors du paroxysme du 15 Mars 2007 (Finizola et al., 2010).

Carte thermique du cône du Yasur et des structures associées (terminaison ouest du Yenkahe), (b) Photographie aérienne du Yasur (Clémentine Bacri et Adrien Normier, association ORA). “OYs” : Old Yasur, “Ys” : Yasur, “Yk” : Yenkahe. “AA” : Argilized Area, “F” : Fault, et “HS” : Hidden Structure. D’après Peltier et al. (2012).

(3) Rôle potentiel des systèmes hydrothermaux sur l'activité des édifices volcaniques.

A partir de l’étude couplée des signaux de déformation, de polarisation spontanée, sismiques, (...) j’ai cherché à mieux comprendre et discuter le rôle que peut jouer le système hydrothermal sur l’activité des systèmes volcaniques (activité sismique, déformations de surface, déclenchement des éruptions, déstabilisations), avec l’exemple de White Island (Nouvelle Zélande, Peltier et al., 2009) et du Piton de La Fournaise (La Réunion, Lénat et al., 2012; Chaput et al., 2019).