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OSUG - Terre Univers Environnement

Imagerie géophysique des structures volcaniques par inversion jointe de données sismiques, gravimétriques et magnétiques - Anne BARNOUD

28 juin 2013


Sujet de thèse : Imagerie géophysique des structures volcaniques par inversion jointe de données sismiques, gravimétriques et magnétiques : application à la Soufrière de Guadeloupe

Encadrants : Olivier Coutant et Claire Bouligand

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Résumé

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Figure 3.1 : Arc insulaire des Petites Antilles (d’après Gunawan, 2005). Les lignes pointillées indiquent deux arcs volcaniques distincts : l’arc externe, plus ancien, couvert principalement de récifs coralliens à l’est et l’arc interne formé par le volcanisme récent à l’ouest. Basse- Terre, notre zone d’étude (encadrée par le rectangle noir), fait partie de l’arc actif avec le volcan de la Soufrière (indiqué en rouge).

Contexte

La Soufrière de Guadeloupe est l’un des volcans actifs de l’arc insulaire des Petites Antilles. Il est situé sur Basse-Terre, la partie volcanique de l’île principale de l’archipel de Guadeloupe (cf. figure 1). En raison de la subduction des plaques Nord-Américaine et Sud- Américaine sous la plaque Caraïbe, les îles des Antilles sont particulièrement exposées aux risques sismiques et volcaniques. Ceux-ci peuvent avoir des conséquences socio-économiques dramatiques, comme dans le cas de l’éruption explosive de la Montagne Pelée en 1902 qui a détruit Saint-Pierre de Martinique et fait environ 30 000 morts ou dans le cas de la dernière éruption phréatique de la Soufrière de Guadeloupe (1976-1977) en prévision de laquelle plus de 73 000 habitants ont été évacués pendant plusieurs mois. Pour surveiller au mieux l’activité des volcans, il est primordial de comprendre leur fonctionnement et donc de connaître leur structure interne. Cependant, nos connaissances actuelles sur la structure géologique des volcans des Antilles restent très limitées. En ce qui concerne la Guadeloupe, une imagerie du système hydrothermal à l’échelle du dôme (2 km x 2 km) a récemment été effectuée par inversion jointe de données sismiques (ondes de volume) et gravimétriques (Coutant et al., 2012). Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à la structure géologique de l’ensemble de Basse-Terre (40 km x 20 km).

Inversion jointe

L’objectif principal de la thèse est de travailler sur la méthodologie d’inversion jointe de données sismiques (ondes de surface), gravimétriques et magnétiques en vue d’obtenir un modèle des paramètres géophysiques pour Basse-Terre.

L’inversion jointe présente l’intérêt de pouvoir tirer profit des résolutions propres à chaque type de données. Par exemple, les observations gravimétriques apportent des contraintes pour la détermination des structures peu profondes moins bien résolues par la tomographie d’ondes de surface. L’utilisation de jeux de données multiples permet donc de réduire les ambiguïtés présentes dans les inversions indépendantes. De plus, inverser des données de natures complémentaires donne accès à un modèle plus proche de la réalité géologique des structures.

Des inversions jointes de vitesse d’ondes P et de densité ont déjà été effectuées en domaine volcanique : Onizawa et al. (2002) au Japon et Coutant et al. (2012) pour le dôme de la Soufrière. Dans notre étude, nous utiliseront les informations apportées par les corrélations de bruit sur les ondes de surface par l’intermédiaire des courbes de dispersion. Ce choix est motivé par la faible activité sismique de fond en Guadeloupe. La technique de tomographie d’ondes de surface à partir des corrélations de bruit a été validée par Brenguier et al. (2007) sur le volcan du Piton de la Fournaise à la Réunion. Une méthode pour inverser conjointement les observations d’ondes de surface et de gravimétrie a été proposée par Maceira & Ammon (2009). Par ailleurs, le formalisme des méthodes potentielles facilite la manipulation des anomalies gravimétriques et magnétiques, comme dans la méthodologie d’inversion jointe de Shamsipour et al. (2012) par exemple. Dans la thèse, il conviendra de déterminer la méthode d’inversion jointe la mieux adaptée _a la nature de nos données.

Dans un second temps, différentes questions pourront être abordées pendant la thèse : analyse et correction de l’effet de la topographie sur les ondes de surface, ajout d’autres types de données dans l’inversion jointe, application de la méthodologie à d’autres jeux de données, etc.

Données disponibles

L’ANR Domoscan (2009-2012) conduite par O. Coutant a permis d’acquérir de nombreuses données sur le dôme de la Soufrière et sur l’ensemble de Basse-Terre. Elles complètent en particulier les données sismiques, gravimétriques et magnétiques déjà disponibles. Des stations sismologiques temporaires ont ainsi été installées en plus du réseau permanent de l’Observatoire de la Guadeloupe. Une campagne de mesures gravimétriques a été effectuée en août 2012 pour compléter les données obtenues par S. Coron et M. Feuillard (Coron et al., 1975) et par H. Gunawan et M. Diament (Gunawan, 2005). Les mesures acquises en août 2012 ont été traitées pendant le début de la thèse. Nous disposons aussi d’un levé aéromagnétique fourni par l’IPGP (Le Mouël et al., 1979). Des informations supplémentaires pourront également être apportées par les analyses géophysiques des roches réalisées à l’Université des Antilles.







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