Les déstabilisations volcaniques : de l’observation à un modèle global des déformations actives – SlideVOLC

Notre projet est particulièrement innovant car il combine un ensemble de données unique issu d'études multidisciplinaires.
1) Imagerie du volcan:
1a) Déformation de surface: analyse conjointe des données DInSAR, PSInSAR, GNSS et stéréo-photogrammétriques.
1b) Cartographie 3D des fractures: mesures et imageries visibles et thermiques infrarouges à partir de drones.
1c) Circulation des fluides: Tomographie de résistivité électrique haute résolution et grande profondeur.
1d) Rhéologie de l'édifice: analyse en laboratoire d'échantillons de roche (propriétés physiques - porosité, perméabilité, mesures Vp / Vs, expériences de compression uniaxiale - analyses minérales).
2) Modélisation numérique : intégration de ces ensembles de données dans un modèle global et réaliste.
Cette intégration n'a jusqu'alors jamais été réalisée du fait de l'évolution récente des connaissances sur le Piton de la Fournaise et notamment sur ces instabilités de flanc qui ont pu être mises en évidence avec l'apport de nouvelle technique de surveillance. De plus une telle étude nécessite de nouvelles technologies pour apporter des contraintes robustes aux modèles, comme celles qui ont été validées par notre équipe en domaine volcanique: à savoir la tomographie de résistivité électrique haute résolution et grande profondeur pour caractériser les structures profondes sous-jacentes et le système hydrothermal, et l'imagerie infrarouge par drones pour la cartographie 3D des réseaux de fracture, à haute résolution.

Les principaux délivrables du projet seront:
1) Une nouvelle « imagerie » du volcan Piton de la Fournaise (déformation à grande échelle spatialle et temporelle, réseaux de fracture, extension du système hydrothermale, rhéologie de l'édifice) à l'échelle de l'ensemble de l'édifice, via des recherches multidisciplinaires innovantes.
2) L'intégration de ces nouvelles données dans des modèles réalistes pour mieux comprendre et anticiper les instabilités de flanc du volcan.
3) Pour le grand public et les autorités: modification du plan ORSEC « Spécifique Piton de la Fournaise » avec la prise en considération des événements de grandes ampleurs paroxysmaux, comme les instabilités de flanc du volcan ; mise à jour de l'Atlas du département sur les Risques Majeurs à La Réunion ; diffusion des résultats et communications sur ces enjeux sociétaux au grand public.

Les perspectives suite à ce projet est la production d'un «volcan numérique 3D» réaliste, c'est-à-dire un modèle intégré de déformation de l'édifice volcanique à l'aide d'une rhéologie réaliste et d'un couplage hydro-mécanique (avec scénarios physiques du régime thermique et de déformation 3D de l'édifice du Piton de la Fournaise) aidant à la compréhension et à la surveillance de la stabilité et de la dynamique des flancs, afin de pouvoir prédire l'évolution temporelle et spatiale de la déformation de l'édifice pendant et entre les éruptions.

L'impact scientifique de ce projet profitera directement (1) à l'observatoire volcanologique de Piton de la Fournaise (OVPF) mais aussi (2) à l'ensemble de la communauté volcanologique.
(1) La mise en place d'outils opérationnels (PSINSAR) en complément de ceux existants à l'OVPF permettra de détecter les déformations subtiles dans le flanc Est instable du Piton de la Fournaise. Une modélisation numérique réaliste et globale du comportement du volcan aidera à interpréter les signaux surveillés et à comprendre le lien complexe entre le champ de contrainte, la rhéologie, les processus volcaniques et hydrothermaux.
Nos résultats et notre modélisation nous aideront à mieux cibler les observables géophysiques à acquérir et à surveiller, et où effectuer ces observations et ce suivi, afin de détecter rapidement des processus subtils d'initiation de déstabilisations. En effet, nos modèles devraient montrer où la déformation s'accélérera avant un événement catastrophique.
(2) Les connaissances acquises sur le Piton de la Fournaise seront également exportées vers d'autres volcans du monde entier, notamment vers l'Etna et le Kilauea, qui partagent des caractéristiques communes, notamment des instabilités de flanc ainsi que de larges glissements de terrain au cours de leur activité passée. Cela sera facilité par les collaborations officielles qui existent entre l'OVPF / IPGP et le Hawaiian Volcano Observatory (USGS), et entre de nombreux membres de l'équipe et l'INGV.

Les résultats et les délivrables attendus du projet feront l'objet d'articles scientifiques dans des revues internationales de rang A et de présentations lors de congrès scientifiques internationaux.
Les médias locaux, le musée régional et la Croix-Rouge française bénéficieront de la promotion des résultats escomptés auprès du grand public via des programmes de communication. Ceci permettra d'accroître notre capacité à communiquer avec le grand public sur ce risque et ses conséquences.

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. En domaine insulaire, les effondrements de flanc peuvent déclencher des tsunamis pouvant conduire à des impacts catastrophiques sur les côtes habitées proches et lointaines. 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…).
A La Réunion, une déstabilisation majeure du flanc Est du Piton de la Fournaise aurait de nos jours des conséquences catastrophiques, avec le déclenchement d’un tsunami impactant la population côtière et les zones environnantes de l’Océan Indien. En effet, 80% des 840 000 habitants de l’île et la majorité de l’activité économique sont localisés en bordure côtière. Il est donc d’intérêt majeur pour la communauté scientifique d’étudier et de comprendre les déformations à grande échelle et les instabilités de flanc en domaine volcanique, et pour la société d’éduquer le grand public sur cet aléa qui est actuellement ignoré sur les volcans basaltiques effusifs, notamment à La Réunion, où le volcan est avant tout considéré comme une randonnée populaire, surtout en période éruptive.
Notre capacité à prédire de tels événements catastrophiques repose à la fois sur notre compréhension du lien complexe existant entre le champ de contraintes et les processus magmatiques et hydrothermaux, et sur notre capacité à interpréter les signaux précurseurs. Ce projet, axé sur le Piton de la Fournaise, vise à intégrer de nouvelles observations géophysiques et géochimiques dans un modèle global, cohérent et réaliste.
Nous proposons i) t’apporter de nouvelles contraintes en entrée des modèles, avec la caractérisation, via des méthodes multidisciplinaires innovantes de l’extension des déformations de l’édifice volcanique, des principaux réseaux de fractures, du système hydrothermal, et de la rhéologie réelle de l’édifice, et ii) d’utiliser ces nouvelles informations pour modéliser le champ de déformation et la dynamique de déstabilisation de flanc du volcan.
L’objectif final est la production d’un volcan numérique 3D réaliste, i.e. un modèle intégré de déformation de l'édifice volcanique en utilisant une rhéologie réaliste et un couplage hydromécanique (avec des scénarios physiques du régime thermique et de déformation du volcan), nécessaire à la compréhension de la stabilité et du dynamisme du flanc du volcan, et capable de prédire l’évolution spatiale et temporelle des déformations au cours et entre les événements éruptifs.
Ce projet est particulièrement innovant car il combine l'intégration de données nouvelles provenant d'études multidisciplinaires afin d'améliorer les modèles numériques et de produire un volcan numérique réaliste.
Les connaissances accumulées au Piton de la Fournaise seront exportées à d’autres volcans au travers le monde, notamment à l’Etna et au Kilauea, qui présentent des similarités avec le Piton de la Fournaise, notamment des instabilités de flanc et des glissements de grandes ampleurs durant leur activité passée. Ce projet, qui inclue à la fois des observations et de la modélisation numérique implique une équipe de chercheurs qui a toutes les compétences et les aptitudes requises pour conduire et mener à bien une telle étude. Ce cadre assure des conditions idéales pour étendre nos méthodes d’investigation sur des volcans similaires en Europe et dans le monde entier.