Etude d'une résurgence active dans la caldera de Siwi (Tanna, Vanuatu) : le système Yenkahe-Yasur

par Elodie Brothelande

Thèse de doctorat en Volcanologie

Soutenue le 12-05-2015

à Clermont-Ferrand 2 , dans le cadre de École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Laboratoire Magmas et Volcans (laboratoire) et de (LMV) Laboratoire Magmas et volcans (laboratoire) .

Le président du jury était Patrick Bachèlery.

Le jury était composé de Jean-François Lénat, Olivier Merle, Aline Peltier, François Beauducel, Jean Vandemeulebrouck.

Les rapporteurs étaient Sylvie Vergniolle, Valerio Acocella.


  • Résumé

    La résurgence, définie comme le soulèvement du plancher des calderas postérieurement à leur effondrement, est largement répandue mais encore très mal comprise. L'objectif de cette thèse est l'étude pluridisciplinaire d'un dôme résurgent: le Yenkahe, au sein de la caldera de Siwi au Vanuatu. L'intérêt de ce dôme est multiple. D'une part, la résurgence est active, d'autre part, elle est très rapide donc elle est associée à des structures relativement préservées. Enfin le Yenkahe présente l'originalité d'être associé à un cône volcanique en éruption permanente depuis au moins plusieurs centaines d'années: le Yasur. Une première étude tectonique basée sur des observations de terrain, complétées par l'exploitation d'images satellites et de modèles numériques de terrain à basse résolution existants, a permis de mettre en évidence une histoire en deux temps (au moins) de la croissance du dôme résurgent. Une première phase de croissance verticale engendrant un graben longitudinal aurait été suivie par une seconde phase de déplacement vers l'est de la source de la déformation, occasionnant un soulèvement de la partie est du dôme par rapport à la partie ouest. Ces grands traits structuraux ont pu être raffinés, par la suite, par le calcul d'un modèle numérique de surface à haute résolution issu de la photogrammétrie. Outre le haut niveau de détails permettant une cartographie plus fine des failles, ce modèle a apporté la mise en évidence de nombreuses traces de déstabilisations sur les flancs du Yenkahe. Dans l'avenir, de telles déstabilisations pourraient engendrer des tsunamis atteignant des zones habitées en quelques minutes. Les caractéristiques de la source de déformation à long terme du Yenkahe, et d'autres dômes résurgents présentant une morphologie similaire, ont fait l'objet d'une étude en modélisation analogique (intrusion de silicone dans un mélange de sable-plâtre). Les résultats de cette étude montrent que la taille du graben engendré en surface par l'intrusion d'une source allongée dépend surtout de la profondeur de cette source. On tire de cette étude que l'intrusion associée au Yenkahe, supposée magmatique, serait située aux alentours d'un kilomètre sous la surface.Une seconde étude en modélisation numérique, basée sur un processus de poinçonnement dans un milieu élastoplastique, met en avant une géométrie interne de dôme différente mais confirme l'ordre de grandeur obtenu pour la profondeur de source (1-2 km), rendant le résultat plus robuste. Cette source magmatique est peut-être connectée au Yasur, qui montre une activité de dégazage en conduit ouvert depuis plusieurs centaines d'années. Ceci qui impliquerait un mode de croissance incrémental gouverné par des événements de surpression transitoires (tels que des injections magmatiques). Enfin, un ensemble de méthodes géophysiques appliquées à l'étude de la caldera de Siwi (gravimétrie, mesures magnétiques et électriques, etc.) révèle que l'histoire post-effondrement de cette caldera comporte, outre la résurgence tectonique, des événements effusifs et la construction de plusieurs édifices volcaniques successifs. Ces méthodes mettent également en évidence la présence d'un système hydrothermal très étendu, particulièrement profond (plus de 300 m) et actif à l'est du dôme. L'altération hydrothermale associée pourrait favoriser des déstabilisations de l'édifice résurgent.

  • Titre traduit

    Study of an active resurgence in the Siwi caldera (Tanna, Vanuatu) : the Yenkahe-Yasur system


  • Résumé

    Resurgence, defined as the post-collapse uplift of the caldera floor, is widespread phenomenon worldwide but it is still poorly understood. This work is a multidisciplinary study of a resurgent dome: the Yenkahe dome, located inside the Siwi caldera, in Vanuatu. The relevance of this dome is multiple: firstly, resurgence is currently active, secondly it is fast, so the associated structures are well-preserved, and lastly, the Yenkahe dome presents the originality to be associated with a volcanic cone which has been permanently active for at least several hundred years: the Yasur volcano. A primary tectonic study based on field observations, satellite images and available low-resolution digital elevation models brought the evidence of a two-stage (at least) dome growth history. The first stage is a vertical growth that produced the longitudinal graben on top of the dome. It was followed, in the second stage, by an eastward displacement of the deformation source, generating an uplift of the eastern dome relative to the western dome. The Yenkahe structural map was then refined through the computation of a high-resolution photogrammetric digital surface model (DSM). Besides the great number of details allowing precise fault mapping, this DSM highlights the presence of numerous destabilization scars associated with the evolution of the dome. In the future, similar destabilization events may produce tsunamis reaching inhabited areas in a couple of minutes. The characteristics of the long-term deformation source of the Yenkahe dome, and of other resurgent domes with a similar morphology, were investigated by analogue modeling (intrusion of silicone putty in a sand-plaster mixture). The results of the study show the width of the graben created by an elongated intrusion source mostly depends on the depth of this source. The source of the Yenkahe dome, presumably a magmatic intrusion, would be approximately one-kilometer deep. A second study, based on a punching process in a numerically modeled elastoplastic medium, shows a different internal structure for the dome. However, it confirms the order of magnitude obtained for the source depth (1-2 km), making this result more robust. The presumed magmatic source may be connected to the Yasurvolcano, exhibiting an open conduit activity for several hundred years, which would imply an incremental growth governed by transient over-pressurizing events at depth (such as magma injections). Lastly, a panel of geophysical methods were carried out within the caldera (magnetics, gravimetry, electrical methods, etc.). They revealed that the post-collapse history of Siwi involved, not only resurgence tectonics, but also the emplacement of lava fields and of several volcanic edifices. They also demonstrate the presence of an extended hydrothermal system, particularly deep (more than 300 m) and active on the eastern side of the dome. The associated extended alteration may favor the destabilization of the resurgent edifice.


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