Étude de la structure superficielle et de l'activité sismique du volcan Arenal, Costa Rica

par Mauricio Manuel Mora Fernandez

Thèse de doctorat en Géophysique

Sous la direction de Philippe Lesage et de Bernard Valette.


  • Résumé

    Le volcan Arenal présente une activité explosive continue de type strombolien caractérisée par l'effusion permanente de coulées de lave, la formation d'écoulements pyroclastiques et une sismicité intense. Cette activité est suivie depuis 1974 par l'Observatorio Sismologico y Vulcanologico de Arenal y Miravalles (OSIVAM) rattaché à l'Institut Costarisien d'Electricité (ICE). Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié l'activité volcanique de l'Arenal entre 1986 et 2000 à partir des données obtenues par l'OSIVAM que nous avons regroupées en une base de données unique. Nous avons analysé ces informations en nous focalisant sur le comportement du volcan à l'échelle de plusieurs années. Il est actuellement difficile d'établir si les évolutions des paramètres observés reflètent de réelles modifications de l'activité éruptive de l'Arenal. Nous avons mis en évidence les limites du système de surveillance et nous porposons des améliorations. La suite de ce mémoire est une étude de la structure de l'activité sismique réalisée à l'aide de plusieurs réseaux denses de capteurs (triangles, demi-cercles, profils, réseaux en L). A partir des données de deux profils sismiques déployés à l'Est et l'Ouest du volcan, nous avons analysé les effets de la structure sur les signaux sismo-volcaniques. De fortes variations de l'amplitude des pics spectraux sont observées localement le long des profils. Nous avons étudié ces anomalies en utilisant la méthode des rapports spectraux U/V et avons montré que la forme de ces rapports est indépendante du type de signal utilisé. Les résultats mettent en évidence dans certains sites des effets de résonance à des fréquences qui correspondent à celles des amplifications observées. Des fonctions de transfert théoriques des ondes S ont été calculées en chaque site en utilisant des modèles de vitesse obtenus par sismique réfraction. Lorsqu'il existe un contraste d'impédance suffisant entre les couches peu consolidées et les couches plus profondes les rapports spectraux et les fonctions de transfert présentent des pics de même fréquence. Cela montre le lien entre les amplifications observées et la structure géologique. Nous avons également sondé la structure superficielle de l'Arenal en utilisant la méthode d'auto-corrélation spatiale basée sur le calcul de coefficient de corrélation entre station de réseaux semi-circulaires. Nous avons amélioré l'inversion de ces coefficients pour mieux estimer les vitesses de phase des ondes de surface. A l'ouest du volcan, les vitesses des ondes de Rayleigh varient de 765 m s-1 à 1 Hz à 300 m s-1 à 12 Hz et pour les ondes de Love entre 780 et 295 m-1 dans la même bande de fréquence. A l'est, les vitesses des ondes de Raleigh sont comprises entre 1386 et 300 m s-1 et celle de Love entre 1983 et 315 m s-1. Ces courbes de dispersion ont ensuite été inversées pour obtenir des modèles de structure, en tenant compte des connaissances géologiques disponibles. Les modèles de vitesse obtenus sont cohérents avec les résultats de sismique réfraction et les calculs de rapports spectraux. L 'analyse d'enregistrements continus large bande montre une grande variété de comportement du trémor et des explosions volcaniques. Les résultats révèlent notamment l'existence de deux processus de résonance non stationnaires pouvant se produire simultanément mais ayant des caractéristiques spectrales différentes. Cela suggère qu'à certains moments, deux sources de trémor peuvent être actives. Les méthodes auto-régressives utilisées fournissent des mesures robustes et de haute résolution fréquentielle et temporelle de la fréquence des pics spectraux. Elles montrent également que les fréquences et les facteurs de qualité de ces pics varient rapidement au cours du temps, reflétant des évolutions des propriétés physiques des sources sismo-volcaniques.

  • Titre traduit

    Shallow structure and seismic activity study at Arenal volcano, Costa Rica


  • Résumé

    Arenal volcano presents a continuous strombolian explosive activity characterized by permanent lava flows, sporadic pyroclastic flows and intense seismic activity. This activity is monitored since 1974 by the "Observatorio Sismologico y Volcanologico de Arenal y Miravellas (OSIVAM)" of the Instituto Costarricence de Electricidad. In the first part of this work we study the volcanic activity between 1984 to 2000 using data obtained by OSIVAM that we grouped in a unique database. Data were analysed focusing on the volcano's behavior at the time scale of several years. So far it is difficult to establish whether the observed variations of different parameters represent real changes in volcanic activity or not. We highlight limitations of volcanic monitoring system and proposed improvements. The next part of this work consists in a study of the volcanic structure and seismic activity using different dense array data (triangles, semi-circles, profiles, L-array).

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2012 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Étude de la structure superficielle et de l'activité sismique du volcan Arenal, Costa Rica

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Informations

  • Détails : 155-[33] p
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.: 136 rèf.

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  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Le Bourget-du-Lac, Savoie). Service commun de la documentation et des bibliothèques universitaires. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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  • Cote : T CHAM 2003 MOR

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  • Cote : 03 CHAM S004
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