Geomorphological impact of lahars on the southwestern flank of Cotopaxi volcano, Ecuador : drainage system and alluvial fan

par Susanne Ettinger

Thèse de doctorat en Doctorat Géographie

Sous la direction de Jean-Luc Peiry.

Soutenue le 27-09-2012

à Clermont-Ferrand 2 , en partenariat avec Laboratoire de Géographie Physique et Environnementale (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Luc Le Pennec.

Le jury était composé de Franck Lavigne, Raphaël Paris.

Les rapporteurs étaient Franck Lavigne.

  • Titre traduit

    Impact géomorphologique de lahars sur le flan sud-ouest du volcan Cotopaxi, Equateur : système de drainage et cône de déjection


  • Résumé

    Pendant une éruption volcanique sur des sommets englacés, des coulées de débris syn-eruptifs,dénommées lahars, peuvent être générées par la fonte partiale de glaciers. Ce phénomène estbien connu sur le volcan Cotopaxi, Equateur. La présente étude concerne trois vallées et un cônede déjection sur le flanc sud-ouest de ce volcan. Une première analyse a été conduite par relevésde formes géomorphologiques dans ces vallées qui témoignent des processus d’érosion et desédimentation lors du passage de lahars dans le passé, notamment ceux du dernier événementéruptif datant de 1877 AD. Bien que les types des formes géomorphologiques déterminées sontles mêmes, leur distribution spatiale varie d’une vallée à l’autre en fonction d’une interaction deparamètres morphologiques locaux. Les conditions environnementales individuelles déterminentégalement le volume de l’écoulement, paramètre crucial dans la délimitation de zones de risques delahars dans les plaines adjacentes. Pour cela, une deuxième étude a été menée à grande échelle surle cône de déjection à l’exutoire de la vallée la plus au Sud des trois. Une analyse intégrale de la morphologiede surface et des affleurements naturels a été complétée par des données stratigraphiquesde subsurface obtenues via un sondage avec un Géoradar. Reconstituer l’architecture sédimentairede ce cône permet de visualiser la distribution spatiale de formes érosives et de dépôts. L’étude àrévélé que différentes parties du cône sont actives à des moments distincts et les épaisseurs dedépôts de lahars sont variables en fonction du type d’écoulement et de son volume. Ceci permetde relier les dynamiques géomorphologiques des plaines alluviales aux zones d’initiation de laharssur les flancs du volcan. Enfin, cette étude a débouché sur la mise en place d’une nouvelle fonctiondans le logiciel de modélisation de lahars LAHARZ prenant en compte l’incorporation progressive desédiment dans un contexte érosif dans les vallées, ce qui permet une meilleure délimitation de zonesde risque de lahars sur le cône.


  • Résumé

    During a volcanic eruption at ice capped volcanoes, syn-eruptive volcanic debris flows, lahars, canbe triggered through the partial melting of the glaciers. This phenomenon is well known to have happenedat Cotopaxi volcano, Ecuador, where the present study has been realized. The latter concernsthree drainages on the southwestern flank of the volcano and one alluvial fan. A first analysis hasbeen conducted assessing geomorphologic features in the drainages testifying from erosional anddepositional processes during past lahars, in particular of those generated during the last eruptiveevent dating back to 1877 AD. Although the types of determined geomorphologic features are thesame, their spatial distribution varies among the three valleys as a function of an interplay of localmorphologic parameters. The individual environmental conditions determine also the flow volumeof such lahars, a critical parameter when to delineating hazard zones in the adjacent lowlands. Thesecond analysis has therefore be performed at large scale on the alluvial fan forming at the mouthof the southernmost of the three drainages. An integral study of the surface morphology and naturalexposures was enriched with subsurface stratigraphic information obtained through a ground penetratingradar survey. The sediment architecture of the fan provides valuable insights on the distributionof erosional features and deposits. Different fan parts appear to be active at different times andlahar deposit thicknesses are highly variable as a function of flow type and volume. This allows torelate floodplain dynamics to the initiation zone of lahars on the upper flanks of the volcano. At last,this research led to integrate a new bulking function acknowledging for erosional processes in thevalleys into the lahar-modeling software LAHARZ allowing to better delineate lahar hazard zones onthe fan.

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