Crustal deformation at Ambrym (Vanuatu) imaged with satellite geodesy : constraints on magma storage, migration, and outgassing

Les systemes volcaniques rift-caldera basaltiques fournissent les conditions propices a l’etude de plusieurs processus volcaniques, comme le transport de magma, les effondrements de caldera et le remplissage magmatique. Certaines des plus grandes calderas dans le monde, cependant, sont situees dans des regions isolees dont l’acces peut etre dangereux ou logistiquement complexe. La teledetection des deformations du sol, du degazage et des anomalies thermiques, offre une alternative pour y suivre l’activite volcanique. Ambrym, une ile volcanique du Vanuatu isolee mais tres active, a subi de nombreux episodes de deformation du sol au cours des 20 dernieres annees. Depuis 2015, deux eruptions ont eu lieu a l’interieur de sa caldera de 12 km de diametre. La premiere eruption a eu lieu apres 15 ans de degazage passif et d’activite des lacs de lave. L’eruption la plus recente, en decembre 2018, a vidange les lacs de lave des crateres sommitaux, provoquant l’intrusion d’un volume >0.4 km3 dans la zone de rift sud-est. Le dike engendre a parcouru une distance de plus de 20 km, et s’est ouvert de plus de 4 metres en profondeur. La vidange du magma a produit une subsidence de la caldera a grande echelle, associee a une activation des failles bordant la caldera, et a alimente une eruption sous-marine de ponces basaltiques. Une eruption plus modeste a eu lieu en fevrier 2015, activant egalement une portion de la caldera, et extrayant du magma depuis une chambre situee a une profondeur de ∼4.1 km. Ces deux evenements confirment que les failles bordieres de la caldera d’Ambrym sont des structures actives. L’activite de ces failles contribue a la topographie de la caldera d’Ambrym, dont le mecanisme de formation est discute (eruption Plinienne initiale a 2ka, suivie d’eruptions phreatomagmatiques). La detection d’une activation des failles de caldera par la geodesie spatiale nous permet de formuler l’hypothese que des centaines d’intrusions de tailles moderees a grandes peuvent contribuer a un approfondissement de la caldera, en drainant le magma stocke temporairement sous la caldera d’Ambrym. Outre ces deux evenements eruptifs majeurs, nous mettons en evidence deux episodes (2004–2007, 2015–2017) de subsidence rapide (∼10 cm an-1), mesures par InSAR. Aucune de ces deux periodes n’est associee a une eruption repertoriee. A partir des informations glanees au cours des eruptions de 2015 et 2018 (e.g., la profondeur des zones de stockage, le volume des intrusions, la relation entre l’activite eruptive et les lacs de lave), nous explorons les mecanismes physiques pouvant expliquer cette subsidence inter-eruptive. L’episode de 2004–2007 est probablement associe a une intrusion de dike (en l’absence d’eruption), engendrant la depressurisation d’un sill superficiel, hydrauliquement connecte aux lacs de lave. A partir d’un modele theorique propose par Girona et al, 2014, en couplant le degazage passif (mesure par spectroscopie satellitaire) et la depressurisation du reservoir magmatique (deduite de la geodesie spatiale), nous proposons que l’episode de 2015–2017 ait pour origine la depressurisation d’un reservoir magmatique de grande taille (>10 km3). Par contraste, de courtes periodes de soulevement pourraient etre limite aux periodes de temps pendant lesquelles le systeme est ferme, par exemple en 2019–2020 apres l’episode de vidange des lacs de lave en 2018, et potentiellement en 2007–2010 a la suite d’un evenement d’intrusion non repertorie en 2005. En comparant les phases de regain d’activite d’Ambrym avec celles observees dans les autres systemes rift-caldera basaltiques (Kīlauea, Barðarbunga, Sierra Negra, etc.), les resultats obtenus dans cette dissertation permettent de mieux comprendre l’activite des lacs de lave, le developpement de la caldera, les processus de deformation induits par le degazage, le remplissage magmatique, et la geometrie et le fonctionnement des systemes rift-caldera basaltiques.