Upload
laudine-simon
View
114
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
Structure, fonctionnement, propriétés d'un système magmatique actif
superficiel:
Tomographie de résistivité électrique du cratère Halema`uma`u
(Kilauea, Hawaii)
J.-F. Lénat, L. Gailler, J. Kauahikaua , A. Revil, A. Finizola, E. Delcher
ObjectifsProblématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Accéder en champ proche au système magmatique Lacs de lave actifs = véritable fenêtre sur la colonne magmatique (Tazieff, 1994; Tilling and Peterson, 1993), analogues des systèmes profonds Etudier les propriétés magmatiques et processus (convection magmatique, dégazage,…) fondamentaux dans la compréhension du volcanisme Etudier la structure interne des édifices, les relations avec les structures environnantes
1- Compréhension du système magmatique 2- Quantification des propriétés physiques macroscopiques des magmas
Véritables challenges en volcanologie
Le cratère Hale’mau’mau (Hawaii)
2008: ouverture d’un évent dans la caldera sommitale du Kilauea, colonne magmatique oscillante Site exceptionnel accessible favorable à l’étude de la structure et de la dynamique magmatique Piston de lave superficiel (~200m): opportunité unique d’étudier en détail le système magmatique
Mieux comprendre la formation du système ainsi que son évolution
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
1- Radiographie par tomographie de résistivité électrique pour appréhender : - structures superficielles (géométrie du conduit magmatique) - interactions système magmatique - structures environnantes (système hydrothermal, failles d'effondrement, …) - caractéristiques des sources mises en jeu (variations de flux magmatique, dégazage, propriétés macroscopiques du magma) 2- Etudier les propriétés macroscopiques d’un système actif en champ proche
Synergie des approches et des interprétations issues de plusieurs types d’observation
Objectifs du projetProblématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Conduire une étude géophysique haute résolution focalisée sur ce site exceptionnel où le magma affleure
Signaux acoustiques (Fee et al., 2010) et sismiques (Chouet et al., 2010; Dawson et al., 2010)
Source sismicité VLP à 1 km sous la caldera, 500 m au N-NE du nouveau cratère système hydrothermal superficiel
A faible profondeur (~500 m): sismicité LP au sein de la caldera (Almendros et al., 2001) flux de magma instable et persistent au sein d’un complexe de sills et de dykes
Source de la sismicité très longue période (surface bleue ; Dawson et al., 2010). La
projection de ce volume et du centroïde de la source est représentée par les régions en ombré gris et points blancs (ouest, nord et
base de la perspective). L’étoile rouge localise le nouvel évent au sud-est de
Halema`uma`u. SL : sea level.
Etat des connaissances
Cette source, délocalisée vers le NNE, doit faire l’objet d’une attention particulière pour assurer la compréhension du système dans son
ensemble
Nombreux jeux de données (gravimétrie continue, déformation, sismique, imagerie…)
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Gravimétrie continue (Carbone et al., 2013) 1ère détermination de la densité d’un lac de lave:
950±300 kg m-3
très riche en gaz, expliquant les explosions engendrées par les éboulements de parois dans le lac sommital
+ de la moitié du volume de lave était occupé par des gaz exsolvés (mars 2011) aléas significatifs en cas de perturbation du système (Orr et al., 2013) a) Section schématique (d’après Orr et al.,
2013) du cratère Halema`uma`u, montrant la forme de l’évent déduite des observations
visuelles. b) Modèle 3D de l’évent (252 blocs de 10 x 10 m) proposé par Carbone et al. (2013) pour l’étude de la densité du lac
de lave.
Etat des connaissances
Etude à compléter par la quantification d’autres propriétés physiques
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Différents profils électriques (dispositifs multi-électrodes ) image haute résolution de résistivité électrique continue des formations (400-500 m de pfd)
Résistivité des roches variable (saturation en fluides, présence de minéraux hydratés, température) Instrumentation disponible au LMV: dispositif mi-lourd ABEM SAS 4000
Equipement similaire disponible au Colorado School of Mines (André Revil)
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Tomographie de résistivité électrique
5 profils principaux (1.5 à 2.5 km de long)
2 profils additionnels au S de l’évent et dans le secteur des signaux BF au N 2 séries d’acquisitions : - espacement inter- électrodes de 40 m ou 20 m, selon l'équipement (LMV ou CSM) - espacement de 5 ou 10 m, avec des profils en "roll-along" d’une partie du dispositif
Contraindre la résistivité des structures superficielles, tout en assurant une couverture continue des terrains profonds
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Tomographie de résistivité électrique
Sondages électromagnétiques - TDEM (Time Domain Electromagnetic)- TDEM hautement portable (TEMFAST 48) disponible au LMV - sondages (15 à 20 par jour; 100-300 m de pfd)
Polarisation spontanée- approche hydrogéologique complète de cette zone à fort dégazage- 4 profils de 1 à 2 km de long (principaux profils de tomographie électrique) MT et CSAMT- projet de campagne MT et CSAMT supervisé par Erin Wallin (HIGP) en développement sur le cratère
Contraindre et étendre rapidement la couverture des mesures de tomographie électrique dans la caldera
Compléter cette approche pour assurer une étude géophysique détaillée
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Données géophysiques complémentaires
3D resistivity tomogram and its interpretation of La Fossa di Vulcano using the log of the electrical
conductivity (vertical exaggeration 2:1) (Revil et al., 1993).
Stromboli volcano (Finizola et al., 2010)
Yasur volcanoChaput, 2009)
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Résultats attendus
Modèles de distribution des résistivités calculés à partir de modélisations inverses (Res2Dinv (Loke, 2010)) pour chaque profil
Modèles de distribution des résistivités calculés à partir de modélisations inverses (Res2Dinv (Loke, 2010)) pour chaque profil
L’implantation proposée permettra de dériver une image partielle en 3D (selon la densité des données) de la caldera (Res3DInv)
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Informations cruciales pour contraindre la structure du nouvel évent, ses relations avec le cratère Halema`uma`u
Résultats attendus
Quantification de la résistivité du magma in situ
L'importance de réaliser cette étude rapidement est liée à l'opportunité qu'offre l'activité actuelle du Kilauea pour étudier un système magmatique en champ proche
Collaborations avec l’Hawaiian Volcano Observatory (USGS, J. Kauhahikaua) et le Colorado School of Mines (CSM, A. Revil) et l’Université de la Réunion (LGR, A. Finizola, E. Delcher)
-Densité des études menées sur ce phénomène au Kilauea-Site exceptionnel, activité permanente et superficielle
Etude en champ proche du magmaValorisation et impact garantis
Diffusion scientifique et publications
Résultats attendusProblématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Nom Prénom Laboratoire Rôle dans le projet % participation
Kauahikaua Jim (Dr)
HVO, Hawaii Supervision sur site 20
Eric Delcher (IE)
LGSR-IPGP, Réunion Instrumentation 30
Revil André (Prof.)
CSM, Illinois Méthodologie et instrumentation 40
Finizola Anthony (McF)
LGSR-IPGP, Réunion Instrumentation et acquisition des données 50
Lénat Jean-François (Phys.)
LMV, Clermont-Fd
Acquisition, traitement et interprétation 80
Gailler Lydie (Post-doc)
LMV, Clermont-Fd
Ensemble des actions 100
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Moyens humains
+ Bénévoles issus du programme de volontariat en place à l’HVO
Manip Moyens humains Durée
Tomographie électriques
10-15 personnes 15 à 21 jours
TDEM 2 personnes 3 jours
PS (fac) 2 personnes 4 jours
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Calendrier de mission
Soit ~1 mois de mission+ Observations de terrain complémentaires
Problématique Le projet Livrables Planning Aspects financiers
Budget prévisionnel
Contribution au transport de matériel sur site (Clermont – Ferrand ou Colorado - Hawaii)
1000
Frais de terrain (piles, accessoires divers, carburant, bentonite, …) 2000
Fonctionnement
2 A/R avion Clermont-Ferrand - Hawaii 3000
Contribution hébergement-nourriture pour 2 personnes, 4 semaines 3000
Contribution hébergement-nourriture pour 2 personnes, 2 semaines 1500
Participation à la location d'un véhicule 4x4 1500
Frais de Missions
USGS (U.S. Geological Survey) 5000
CSM (Colorado School of Mines) 1000
LGSR (Laboratoire de GéoSciences de la Réunion) 1500
Labex ClerVolc (45 %)
Co-financements (55 %)