Endommagement et processus non-linéaires au sein d'un édifice volcanique pressurisé

Sur les volcans on enregistre frequemment des accelerations du nombre cumule de seismes et parfois du deplacement de la surface dans les heures, les jours ou les semaines precedant les eruptions. Expliquer une acceleration du deplacement de surface par l'utilisation de modeles elastiques lineaires pour les edifices implique d'introduire une acceleration de la pressurisation du reservoir et de la base du conduit magmatique avec des temps caracteristiques courts, ce qui est peu realiste. Une autre voie de recherche consiste a considerer qu'une eruption est due a la rupture du reservoir magmatique, et que cette rupture n'est pas instantanee - elle peut etre precedee par une phase d'endommagement progressif de l'edifice, pendant laquelle de petites ruptures ont lieu dans l'edifice. Ces ruptures provoquent l'affaiblissement des modules elastiques de l'edifice. Nous avons examine l'effet que peut avoir l'affaiblissement des modules elastiques sur le deplacement de surface, ainsi que sur la pression dans le reservoir et le debit de magma entrant. Pour cela nous avons d'abord recherche une loi d'endommagement qui permette d'ajuster les deplacements de surface enregistres en utilisant le nombre cumule de seismes. La loi trouvee est une loi puissance d'un parametre d'endommagement incremental, qui est le rapport entre la longueur de rupture incrementale caracteristique et la longueur a rompre pour obtenir une eruption. Cette loi fait intervenir, a l'exposant, le nombre cumule de seismes.Ce modele permet d'expliquer des vitesses et des accelerations du deplacement aussi bien faibles que fortes, selon la valeur prise par le parametre d'endommagement, ainsi que la bifurcation entre un etat stable de l'edifice, et un etat instable qui mene a l'eruption. L'affaiblissement de l'edifice induit une diminution de la surpression et une acceleration du deplacement de surface, la surpression diminuant plus lentement que les modules elastiques du fait de l'approvisionnement du reservoir en magma.Ce modele peut expliquer une large gamme de comportements pre-eruptifs et eruptifs dans les volcans. Il permet d'ajuster simplement aussi bien les accelerations du deplacement de surface enregistre par les stations GPS sommitales du Piton de la Fournaise pour l'eruption du 30/03/2007, que les deplacements croissants de facon stationnaire du volcan Grimsvotn (Islande), entre 2005 et 2011. Il peut aussi etre utilise pour comprendre les comportements eruptifs plus complexes, comme dans le cas de l'eruption de 2010 du Merapi (Indonesie). La valeur de la constante de temps du systeme d'approvisionnement controle le decalage temporel entre le maximum de l'endommagement (fin de la crise sismique volcano-tectonique) et le maximum de la deformation ou du flux de magma et donc la dynamique du processus. Une analyse preliminaire montre que le rapport entre les constantes de temps d'affaiblissement de la resistance et de la pression est un facteur de controle de la dynamique du processus pre-eruptif et eruptif.L'endommagement d'un edifice volcanique ne peut continuer indefiniment, cela interdirait le stockage de magma dans l'edifice a long terme. L'edifice volcanique connait donc necessairement des phases de consolidation. Une premiere approche d'etude de la consolidation reposant sur l'utilisation d'un critere base sur les variations relatives de volume a ete investiguee. Les resultats montrent cependant qu'une telle approche n'est pas suffisante pour expliquer la necessaire augmentation des modules elastiques, et que les processus de consolidation chimique sans variation de volume doivent avoir une importance fondamentale dans l'existence de cycles eruptifs. Pour etudier ces processus, il faut disposer d'une observable geophysique independante du deplacement de surface - nous proposons d'utiliser l'anisotropie de propagation des ondes de cisaillement dans l'edifice volcanique. Ces variations de resistance de l'edifice peuvent controler la pression en profondeur.