Fréquence et processus de mise en place des avalanches de débris tsunamigènes de l’arc des Petites Antilles : apport des forages de l’Expédition IODP 340 et impact en terme de risque. – CARIB

Le projet CARIB se focalise sur les volcans de Martinique et Dominique mais nous serons aussi impliqués dans le travail autour de Montserrat (collaboration avec nos collègues anglais). Ce projet fournira un enregistrement des styles éruptifs contrastés et des variations d’enregistrement sédimentaire de l’arc antillais lors au moins du dernier million d’année. Les objectifs principaux sont : Tâche 1/ étendre la connaissance de l’histoire éruptive de l’arc sur une longue période ; Tâche 2/ déterminer les processus et la dynamique de mise en place des avalanches de débris tsunamigènes (mobilité, potentiel érosif et déformations associées); Tâche 3/ contraindre les simulations numériques pour l’évaluation de l’aléa. Pour atteindre nos objectifs, nous allons : 1/ caractériser la géochimie, la pétrologie, la minéralogie, la sédimentologie, la géochronologie (Ar/Ar) des niveaux de cendres ; 2/ fournir une stratigraphie 18O détaillée (+ des âges 14C) pour dater l’activité éruptive et les dépôts chaotiques ; 3/ caractériser la fabrique de ces dépôts (stratigraphie, analyse morpho-structurale, propriétes physiques) pour déterminer les processus de transport, contraindre les volumes et les conditions de stabilité; 4/ corréler les données à terre et en mer ; 5/ améliorer les codes numériques de modélisation du transport des avalanches (incluant l’érosion) pour l’évaluation de l’aléa.

Les résultats importants du projet au 9 juillet 2015 sont présentés ci-dessous et ont déjà été présentés dans des congrès internationaux.
- Nouveau modèle de glissement proposé autour des îles des Antilles publié (Le Friant et al., 2015).
- Nouveau modèle d’évolution du volcan de la Montagne Pelée (Brunet et al., in prep).
- Simulation numérique des déstabilisations de la Montagne Pelée (Brunet et al., in prep).
- Modélisation analogique (en collaboration avec E.Hallot et T.Nalpas, Géosciences Rennes) pour caractériser les déformations observées dans les sédiments, suite à la mise en place d'une charge.
- Chronostratigraphie des sites U1399 et U1397 (Emmanuel et al., in prep)
- Pétro-géochimie de l’activité magmatique récente de la Martinique (Villemant, Caron et al., in prep).
- Etude téphrochonologique sur les premières dizaines de mètres des carottes U1397 A, U1401A, U 1400A, U 1399A et U1398B (Boudon et al., in prep).
- Chronostratigraphie et téphrochronologie du site U1401 (Solaro et al., in prep)
- Post-cruise meeting organisé en Martinique en janvier 2015 par le coordinateur (action grand public, scolaire, presse).

1. Le projet CARIB permettra de caractériser l'évolution de systèmes volcaniques (Martinique, Dominique) dont l'histoire s'étend sur quelques millions d'années en utilisant des jeux de données marines (carottes sédimentaires) qui permettent d'accéder à plus de détails que les données à terre. Il permettra d'analyser la récurrence d'événements volcaniques peu fréquents mais de large magnitude comme les éruptions explosives ou les grandes déstabilisations de flanc de volcans.
2. Le projet étudiera pour la première fois des carottes marines prélevées directement dans les unités de glissements reconnues en mer. La zone des Antilles est particulièrement intéressante car elle enregistre un nombre de glissements plus important qu'ailleurs et fourni un jeu de données unique pour comprendre les mécanismes contrôlant le déclenchement, le transport et la mise en place des avalanches de débris volcanique et de la déformation des sédiments marins associée. Documenter l'architecture interne des dépôts de glissement est cruciale pour quantifier la mobilité des avalanches de débris et paramétrer les simulations numériques.
3. Le projet fournira un jeu de données unique pour caractériser les processus d'instabilités à l'échelle d'une île volcanique et définir des scénarios et des paramètres à prendre en compte dans les simulations numériques. Le déroulement des processus de glissement dans le temps et dans l'espace déterminera l'amplitude des tsunamis générés.
Pendant le projet, un effort serait fait pour développer les activités de vulgarisation dédiées au grand public et les activités d'éducation avec les scolaires.

Au 9 juillet 2015:
Lafuerza S., A. Le Friant, M. Manga, G. Boudon, B. Villemant, N. Stroncik, B. Voight, M. Hornbach, O. Ishizuka and the Expedition 340 Scientific Party (2014), Geomechanical characterizations of submarine volcano flank sediments, Martinique, Lesse Antilles Arc. S. Krastel et al., (Eds.), Sumarine mass movements and consequences, Advances in Natural and Technological Hazards Research, Springer Inten. Publishing, Switzerland, 2014, 37, doi 10.1007/978-3-319-00972-8_7.

Le Friant, A., Ishizuka, O. , Boudon, G. , Palmer, M.R. , Talling, P. , Villemant, B. , Adachi, T., Aljahdali, M., Breitkreuz, C., Brunet, M., Caron, B., Coussens, M., Deplus, C., Endo, D., Feuillet, N., Fraas, A.J., Fujinawa, A., Hart, M. B., Hatfield, R.G., Hornbach, M., Jutzeler, M., Kataoka, K. S., Komorowski, J-C., Lebas, E., Lafuerza, S., Maeno, F., Manga, M., Martínez-Colón, M., McCanta, M., Morgan, S., Saito, T., Slagle, A., Sparks, S., Stinton, A., Stroncik, N., Subramanyam, K. S.V., Tamura, Y., Trofimovs, J., Voight, B., Wall-Palmer, D., Wang, F., Watt, S.F.L. (2015). Submarine record of volcanic island construction and collapse in the Lesser Antilles arc: First scientific drilling of submarine volcanic island landslides by IODP Expedition 340. Geochem., Geophys., Geosyst, 16, doi:10.1002/2014GC005652.

Les déstabilisations de flanc de volcan avec mise en place d’avalanches de débris potentiellement tsunamigènes sont des processus majeurs et récurrents qui contrôlent l’évolution des volcans antillais. Dans ce contexte d’arc insulaire où les édifices sont de petite taille, la majeure partie des avalanches de débris s’épanche en mer et les seules études à terre ne suffisent pas pour les étudier. Par ailleurs, l’analyse de plusieurs carottes sédimentaires prélevées au large de la Martinique et de Montserrat a permis d’identifier un nombre d’éruptions explosives plus important que celui déduit des seules études à terre, montrant que les carottes marines contiennent un enregistrement de l’activité volcanique plus complet. Cependant, la courte longueur des carottes disponibles n’a pas permis d’accéder à une histoire éruptive complète.

Le projet CARIB vise à exploiter les données de 9 forages exceptionnels réalisés en mer lors de l’Expédition IODP (Integrated Ocean Drilling Program) 340 (R/V JOIDES Resolution, Mars-Avril 2012). D’une part, un enregistrement complet de l’activité éruptive et de la sédimentation volcanoclastique des complexes volcaniques les plus actifs (Martinique, Dominique, Montserrat) de l’arc antillais a été collecté. D’autre part, les unités chaotiques identifiées sur les profils de sismique réflexion (interprétées comme des dépôts d’avalanche de débris) ont été forées pour la première fois au monde. Les frais considérables de l’expédition sont couverts par le programme IODP. Le projet CARIB est dédié au programme post-campagne pour analyser les carottes collectées. Il constitue une opportunité unique pour la communauté française (leader du projet de recherche) d’obtenir des informations cruciales pour comprendre le rôle des déstabilisations de flanc dans l’évolution des volcans, dans une zone dont la fréquence des déstabilisations est l’une des plus élevées au monde (15 dans les derniers 12 ka, contre 1/ 350 ka pour Hawaii).

Le projet CARIB se focalise sur les volcans de Martinique et Dominique mais nous serons aussi impliqués dans le travail autour de Montserrat (collaboration avec nos collègues anglais). Ce projet fournira un enregistrement des styles éruptifs contrastés et des variations d’enregistrement sédimentaire de l’arc antillais lors au moins du dernier million d’année. Les objectifs principaux sont : Tâche 1/ étendre la connaissance de l’histoire éruptive de l’arc sur une longue période ; Tâche 2/ déterminer les processus et la dynamique de mise en place des avalanches de débris tsunamigènes (mobilité, potentiel érosif et déformations associées); Tâche 3/ contraindre les simulations numériques pour l’évaluation de l'aléa. Pour atteindre nos objectifs, nous allons : 1/ caractériser la géochimie, la pétrologie, la minéralogie, la sédimentologie, la géochronologie (Ar/Ar) des niveaux de cendres ; 2/ fournir une stratigraphie 18O détaillée (+ des âges 14C) pour dater l’activité éruptive et les dépôts chaotiques ; 3/ caractériser la fabrique de ces dépôts (stratigraphie, analyse morpho-structurale, propriétes physiques) pour déterminer les processus de transport, contraindre les volumes et les conditions de stabilité; 4/ corréler les données à terre et en mer ; 5/ améliorer les codes numériques de modélisation du transport des avalanches (incluant l’érosion) pour l’évaluation de l’aléa.

Le projet CARIB réunit 3 partenaires : 1/ IPGP (Expedition IODP 340: P.I.; expertises: volcanologie, tectonique, instabilités); 2/ ISTEP (Expédition IODP 340: participant; expertises: analyses géochimiques, magmatologie); 3/ UAG (Expertises: propriétés physiques).

L’analyse des données de forage va significativement améliorer notre compréhension de l’histoire des centres volcaniques les plus actifs de la Caraïbe. Les volcans antillais sont encore actuellement instables, ce qui génère des risques considérables pour la population des Antilles majoritairement concentrée près des côtes et donc très exposée aux tsunamis.