Sujet de these

Sujet de thèse : Evolution des conditions d’écoulement du magma dans les conduits éruptifs des volcans andésitiques et signaux géophysiques engendrés : apport de la modélisation numérique.

Encadrement : Virginie Pinel (CR, IRD, ISTerre) et Marielle Collombet (MCF, Université Savoie Mont Blanc, ISTerre)

La gestion de l’aléa volcanique associé aux volcans andésitiques est rendue difficile par les transitions brutales et, pour le moment, imprévisibles de régimes effusifs (avec formation de dôme et de coulées) à des régimes explosifs. Une des clefs du mécanisme de ces transitions est le contenu en gaz qui va dépendre de la composition initiale du magma, du chemin de décompression suivi et des pertes de gaz éventuelles au cours de la remontée. En particulier, un modèle numérique incluant un dégazage bidimensionnel du magma (Collombet, 2009) permet de reproduire un régime effusif avec des contenus initiaux en gaz réalistes. Pour le moment ce type de modèle recherche des conditions d’écoulements stationnaires compatibles avec des conditions aux limites données. L’objectif de cette thèse sera d’évoluer vers des modèles transitoires prenant en compte une évolution temporelle des conditions aux limites en cours d’éruption. Il s’agira, par exemple, de prendre en compte l’effet de la mise en place d’un dôme qui modifie les conditions de pression en sortie de conduit et la perméabilité des roches encaissantes (Taisne, 2008) ou toute modification de la perméabilité indiquées par les mesures d’émissions de gaz en surface (Edmonds et al, 2003). Ces nouveaux modèles de dynamique des fluides seront couplés à des modèles de mécanique du solide afin de quantifier l’évolution de la déformation et de la sismicité engendrées par des variations d’écoulement, de rhéologie et de propriétés physiques du fluide comme proposé par Albino et al (2011). L’objectif ultime est d’interpréter les observables géophysiques en terme de paramètres de contrôle de l’écoulement du fluide afin d’avoir une capacité prédictive. L’étude sera appliquée à des volcans andésitiques actifs et instrumentés, tels que le Mérapi (PPR IRD SELTAR, demande ANR DOMERAPI) ou Montserrat.
 
Le développement de modèles numériques représentera l’essentiel du travail mais la thèse comportera également une partie de traitement de données de déformations acquises en champ proche au Mérapi. Cet aspect se fera en collaboration avec François Beauducel, Physicien à l’Institut de Physique du Globe de Paris.
 
Reférences :
Albino,F., Pinel,V., Massol, H., and Collombet, M., 2011. Conditions for detection of ground deformation induced by conduit flow and evolution, J. Geophys. Res., doi:10.1029/2010JB007871.
Collombet M., 2009, Two dimensional gas loss for silicic magma flows : toward more realistic numerical models, Geophys. J. Int., doi:10.1111/j.1365-246X.2008.04086.x.
Edmonds, M. and Oppenheimer, C. and Pyle, D. M. and Herd, R. A. and Thompson, G., 2003, SO2 emissions from Soufrière Hills Volcano and their relationship to conduit permeability, hydrothermal interaction and degassing regime, J. Volcanology Geotherm. Res, 124, 23-43.
Taisne, B., and C. Jaupart, Magma Degassing and Intermittent Lava Dome Growth,
Geophys. Res. Letters, 35 , 2008.