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Récents apports sur les déformations de surface de volcans explosifs
à partir d'Interférométrie Radar:
exemples d'études sur le volcan Lascar (Chili)
Andrés PAVEZ ALVARADO
[email protected]
Laboratoire de Gravimétrie et Géodynamique
Département de Géophysique Spatiale et Planétaire (UMR 7096)
INTRODUCTION
Les techniques de géodésie spatiale telles que l'Interférométrie Radar ont été appliquées avec succès pour l'étude de déformations
volcaniques de surface sur des volcans basaltiques (Zebker et al., 2000). Un bon nombre de ces études ont montré les grandes
potentialités de ces méthodes, en dépit d'artefacts atmosphériques et autres facteurs limitants, pour la surveillance et la meilleure
compréhension du comportement de ces volcans (Beauducel et al., 2000a). Néanmoins, différents tests en Interférométrie Radar sur des
volcans andésitiques à dacitiques ont souffert de bien plus de problèmes techniques, liés à des problèmes de pentes du terrain,
couvertures végétales et glaciaires (Massonnet et al., 2000; Zebker et al., 2000).
Des études récentes dans de meilleurs sites pour cette méthode InSAR, comme au volcan Lascar (Chili, Fig 1), un des volcans acides
les plus actifs d'Amérique du Sud, recouvrant deux éruptions explosives récentes (Fig 2), montrent qu'aucune déformation de grande
échelle n'a affecté cet édifice. Or d'après une estimation à partir de la hauteur du panache et de la durée de l'éruption (e.g. Sparks et al.,
1997), l'ordre de grandeur du volume libéré lors de chacune de ces éruptions devrait se situer entre 10E6 et 10E7 m3. Une rapide
estimation d'une éruption synthétique de caractéristiques similaires, avec une profondeur de reservoir estimé à 5 km (Matthews et al.,
1997; Gardeweg et al., 1998), basée sur un modèle de Mogi montre qu'une déformation de surface associée à un tel type d'événement
doit être détectable sur nos interférogrammes, en dépit de la sur-estimation des profondeurs associée à ce type de modèle (Cayol et
Cornet, 1998; Fig 3). Ces interférogrammes ont été calculés à partir d'images ERS et aident à montrer les limites des satellites radar
actuels d'observation de la Terre pour la recherche et la surveillance volcanologiques.
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De nouveaux interférogrammes sont en cours de calcul à partir d'images JERS, afin d'avoir un suivi temporel plus étendu dans le passé
de l'activité du Lascar. En effet, ces images récemment acquises devraient permettre de couvrir une période postérieure à l'éruption la
plus importante du siècle dernier (0.1 km3 de volume émis en Avril 1993) non couverte par les données ERS (Fig 2.1).
Figure 2.1 Illustre les disponibilités d’images ERS1 et ERS2 pour la track 282, frame
4077 pour la région couvrant le volcan Lascar. Les éruptions de 1993, 1995 et 2000
sont reportées. Les lignes segmentées verticales correspondent aux dates des deux
éruptions les plus récentes. Les ellipses en gris montrent les combinaisons
possibles, les valeurs affichées correspondent aux valeurs des baselines.
Figure 2.2 Interférogrtamme en géométrie MNT, à partir des images du 19/03/2000 et du
06/08/2000, couvrant l'éruption de 2000. On remarque des franges corrélées à la
topographie, très probablement dues aux artéfacts atmosphériques, que l'on retrouve
également sur des couples en tandem (non montrés ici). A côté, le même interférogramme
corrigé des effets troposphériques ne montrant que les pixels les plus cohérents.
Intérêt Scientifique
Cette étude permet de mieux comprendre l'ordre de grandeur des phénomènes de déformations de surface sur des volcans actifs acides. En effet, les résultats actuels
obtenus sur le Lascar tendent à ratifier le modèle de type croissance et effondrement de dômes dans le cratère sommital (Matthews et al, 1997), avec un dégazage
permanent. Ces résultats préliminaires permettent également de faire intervenir une dynamique confinée au conduit, non nécessairement corrélée avec l'activité de
réservoirs en profondeur (e.g. Massol et Jaupart, 2001; Beauducel et al., 2000b) et montrent une bonne concordance avec les résultats obtenus par des études de
déformation de surface sur des volcans de type d'activité similaire comme par exemple sur le volcan Mérapi (Indonésie) et au Pichincha (Equateur). Au Mérapi, les
derniers effondrements du dôme sommital n'ont été enregistrés que sur les stations GPS les plus proches (Beauducel et al, en prep; Fig 4). La récente activité du volcan
Pichincha (1998) n'a pas été détectée sur les interférogrammes ERS calculés (Rémy, 1999; Bonvalot et al., 2001). Par ailleurs, des observations similaires vis à vis de
l'échelle des déformations de surface ont également été perçues pendant la crise du volcan Monserrat (Komorowski, com verbale). Cela pose donc un problème d'échelle
et de types de déformations de surface des systèmes volcaniques acides ouverts, liées au rôle de la surpression générée dans le conduit volcanique (Sparks, 1997; Voight
et al., 1999). Une meilleure compréhension de ces phénomènes est fondamentale pour établir des systèmes de surveillance sur ce type d'édifices, car bien que les
éruptions étudiées ne sont pas des plus importantes, elles n'en demeurent pas moins un aléa de premier ordre.
Perspectives de la Thèse
Figure 2.3 Même type d'interférogramme, corrigé (Figure précédante) mais couvrant
l'éruption de 1995.
Ces premiers résultats seront par ailleurs complétés avec certains types de mesures géophysiques et géodésiques au sol (gravimétrie, géodésie GPS). Cette double
approche doit permettre à la fois de confirmer localement les observations spatiales et de fournir des contraintes supplémentaires sur la structure superficielle, avec par
exemple l'interprétation conjointe de données de déformation et de variations spatiales et temporelles de la pesanteur dans les structures volcaniques. En outre, l'obtention
de Modèles Numériques de Terrain précis par les techniques spatiales devrait contribuer à améliorer significativement les modèles structuraux déduits des observations
gravimétriques et à mieux comprendre leur dynamique interne.
A moyen terme il est prévu d'étendre cette étude sur le volcan Lascar au volcan Villarrica (Chili), et au volcan Mérapi, en utilisant et montrant la contribution des
nouvelles mesures spatiales (InSAR, Imagerie Thermique) de forme conjointe aux mesures géophysiques au sol pour l'étude et la surveillance des volcans explosifs. Cette
étude comporte par conséquent une application directe à l'évaluation de l'aléa volcanique et doit contribuer à évaluer de nouvelles stratégies d'étude et de surveillance des
volcans andésitiques.
10 cm +/- 1 cm
Figure 3 Interférogramme synthétique supposant un modèle de type Mogi pour une variation
de volume de 10E7 m3 dans un réservoir à 10 km de profondeur, ne montrant que les pixels
les plus cohérents (même masque appliqué que dans les figures précédantes). Les autres
cas testés ne sont pas montrés ici.
Références Bibliographiques:
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· Beauducel, F., Cornet, F.H., Suhanto, E., Duquesnoy, T., Kasser, M. 2000 b. Constraints on magma flux from displacements data at Merapi volcano, Java.
Journal of Geophysical Research, Vol. 105, p. 8193-8204.
· Bonvalot S., Gabalda G., Rémy D., Briole P., Froger J.L., Mothes P., Hall P., Lopez G. 2001. SAR Interferometry and GPS studies at Guagua-Pichincha and
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· Matthews S.J., Gardeweg M.C., Sparks R.S.J. 1997. The 1984 to 1996 cyclic activity of Lascar Volcano northern Chile: cycles of dome growth, dome
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· Sparks R.S.J. 1997. Causes and consequences of pressurisation in lava dome eruptions. EPSL, Vol.150, p. 177-189
· Voight et al.1999. Magma flow instability and cyclic activity at Soufriere Hills volcano, Montserrat, British West Indies. Science, Vol.283, p.1138-1142
· Zebker H.A., Amelung F., Jonsson S. 2000. Remote sensing of volcano surface and internal processes using Radar Interferometry. In Remote Sensing of Active
Volcanism, AGU, Geophysical Monograph 116, p.179-205.
Remerciements
Nadine Pourthié (CNES), Dominique Rémy (IRD/IPGP), Sylvain Bonvalot (IRD/IPGP), Gérard Hérail (IRD/U. Paul Sabatier, Toulouse), Falk Amelung
(U. Hawaii), François Beauducel (IPGP), Michel Diament (IPGP)
Département Soutien et Formation IRD, Programme GARS (UNESCO-IUGS).
Figure 4. Montre les résultats obtenus lors de mesures GPS
quelques mois avant l'éruption de Janvier-Février 2001 au Mérapi
(Beauducel et al., en prep). Le déplacement horizontal de l'ordre
de 10 à 20 cm, et vertical de quelques cm, n'affecte qu'une région
d'une centaine de mètres de diamètre. Une partie du dôme s'est
effectivement effondrée, suivi d'écoulements pyroclastiques
importants. Les flancs du Mérapi sont densément peuplés...
Figure 5. Illustre de manière très schématique le problème posé
dans le cadre de cette Thèse.