Olivier Lengliné, David Marsan, Jean-Luc Got, Virginie Pinel L.G.I.T., Université de Savoie

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Yvonne Leduc
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1 1 - Titre Evolution de la sismicité induite par le remplissage d'un réservoir magmatique Olivier Lengliné, David Marsan, Jean-Luc Got, Virginie Pinel L.G.I.T., Université de Savoie Valérie Ferrazzini Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise, I.P.G.P. Paul Okubo Hawaiian Volcano Observatory, U.S.G.S.

T., Université de Savoie Valérie Ferrazzini Observatoire Volcanologique du

2 2 - Sommaire 1 Un modèle d'accumulation de magma basaltique à l'intérieur d'un réservoir évolution de la pression évolution du déplacement en surface 2 Un modèle de percolation pour relier sismicité et pression 3 Observations sur 3 volcans basaltiques (Kilauea, Mauna-Loa et Piton de la Fournaise)

surface 2 Un modèle de percolation pour relier sismicité et pression 3

3 3a - Accumulation Sources de pression Pression de la source : P s = P litho (z s ) + ΔP s pression lithostatique supression (cte) Pression du réservoir : P r (t) = P litho (z r ) + ΔP r (t) pression lithostatique supression (varie avec le remplissage)

(cte) Pression du réservoir : P r (t) = P litho (z r ) + ΔP r

4 3b - Accumulation Sources de pression Pression de la source : P s = P litho (z s ) + ΔP s pression lithostatique supression (cte) Pression du réservoir : P r (t) = P litho (z r ) + ΔP r (t) pression lithostatique supression (varie avec le remplissage)

5 4a - Accumulation Débit du magma Débit dans le conduit : πa Q(t) = 4 c [ P - ΔP r (t) ] 8μH c [Pinel et Jaupart, 23] Volume de magma dans la chambre-pression du réservoir ΔV(t) = ΔP r (t) πa 3 r G [Delanay et McTigue, 1994]

6 4b - Accumulation Débit du magma Débit dans le conduit : πa Q(t) = 4 c [ P - ΔP r (t) ] 8μH c [Pinel et Jaupart, 23] Volume de magma dans la chambre-pression du réservoir ΔV(t) = ΔP r (t) πa 3 r G [Delanay et McTigue, 1994]

7 5 - Accumulation Pression Variation de la pression dans le réservoir : ΔP(t) = P (1 - exp (- t / τ) ) Milieu élastique Même évolution pour le déplacement en surface Même évolution pour la pression autour du réservoir magmatique

élastique Même évolution pour le déplacement en surface

8 6 - Déplacement Observations de l'inflation de quelques volcans basaltiques Islande µrad vertical displacement [m] Gjalp Grímsvötn Grímsvötn Y ear [Sturkell et al., 25] [Sturkell et al., 25] Krafla Hawaii Summit Tilt of Kilauea Microradians Inflation Deflation Mauna Ulu eruptions Intrusion Eruption Pu u O o eruption Pu u O o 1986 janvier février mars avril mai juin Year

1 Gjalp Grímsvötn Grímsvötn 1995 2 25 Y ear [Sturkell et al., 25] [Sturkell et al.

9 6 - Déplacement Observations de l'inflation de quelques volcans basaltiques Islande µrad vertical displacement [m] Gjalp Grímsvötn Grímsvötn Y ear [Sturkell et al., 25] [Sturkell et al., 25] Krafla Hawaii Summit Tilt of Kilauea Microradians Inflation Deflation Mauna Ulu eruptions Intrusion Eruption Pu u O o eruption Pu u O o 1986 janvier février mars avril mai juin Year

10 7 - Modèle de sismicité Edifice volcanique [Lahaie et Grasso, 1998] [Grasso et Bachèlery, 1995] Dynamique complexe D(t) = A + B' exp ( γ.t / τ) Evolution de la sismicité suivant un comportement exponentiel Modèle de percolation : D = A + B ( σ c - σ ) -γ σ 1 Contrainte critique σ 3 σ 3 DIKE FAULT [Lénat et Bachèlery, 199] [Hill, 1977] σ 1

t / τ) Evolution de la sismicité suivant un comportement exponentiel Modèle de

11 I.P.G.P. (3/1/28) 8 - Observations Application à trois volcans basaltiques : Piton de la Fournaise, Ile de la Réunion Obsevatoire Volcanologique du Piton de la Founaise (OVPF) Mauna-Loa et Kilauea, Hawaii Hawaiian Volcano Observatory (HVO) Piton de la Fournaise Kilauea Mauna-Loa

Volcanologique du Piton de la Founaise (OVPF) Mauna-Loa et Kilauea,

9a - Observations Kilauea Kilauea 12/1/1997-3/1/1983 Microradians 5 4 3 2 1 Inflation Deflation Mauna Ulu eruptions Intrusion Eruption Pu u O o eruption 1956 1958 196 1962 1964 1966 1968 197 1972

12 9a - Observations Kilauea Kilauea 12/1/1997-3/1/1983 Microradians Inflation Deflation Mauna Ulu eruptions Intrusion Eruption Pu u O o eruption Year Inflation à partir de l'éruption de 1977 [Cayol et al., 2] Débit de magma entrant Magma en sortie.6 km 3 /an Novembre km 3 /an Septembre 1982 Avril 1982

1972 1974 1976 1978 198 1982 1984 1986 Year Inflation à partir de l'éruption de 1977 [Cayol et al.

13 9b - Observations Mauna-Loa Mauna-Loa 7/7/1975-5/4/1984 Période inter-éruptive? [Lokwood, 1987] Inflation d'un réservoir magmatique à faible profondeur à la suite de l'éruption de juillet 1975 [Lokwood, 1987]

9c - Observations Piton de la Fournaise Piton de la Fournaise 26/11/1996-7/3/1998 2 1 Accumulation de magma en profondeur? Elevation ( is sea level) 1 2 3 4 5 6 6. 6.5 7. 7.5 8. 8.5 9.

14 9c - Observations Piton de la Fournaise Piton de la Fournaise 26/11/1996-7/3/ Accumulation de magma en profondeur? Elevation ( is sea level) Day, March 1998 [Battaglia et al., 25] Crise sismique en Novembre 1996 [Sigmundsson et al., 1999] Pas d'inflation pré-éruptive visible par InSar Augmentation du rapport du facteur d'amplitude de la coda pour les stations proches du sommet à partir de 1996 [Aki et Ferrazzini, 2]

, 25] Crise sismique en Novembre 1996 [Sigmundsson et al.

15 1 - Evolution sismicité Kilauea Piton de la Fournaise 8 8 Number of earthquakes Number of earthquakes Time in years Mauna-Loa Time in years Power law : a.(t e -t) b + c Exponential : a.exp(b.t) + c Number of earthquakes Evolution exponentielle de la sismicité pendant la période d'accumulation de magma Time in years

1977 1978 1979 198 1981 1982 1983 1984 Mauna-Loa.. 2. 4. 6. 8 1. 1. 2 Time in years Power law : a.(t e -t) b + c Exponential : a.

11 - Loi puissance [Kilburn et Voight, 1998] [Chastin et Main, 23] Au Kilauea Augmentation en moyenne de la sismicité avant les éruptions Au Piton de la Fournaise Sur les volcans

16 11 - Loi puissance [Kilburn et Voight, 1998] [Chastin et Main, 23] Au Kilauea Augmentation en moyenne de la sismicité avant les éruptions Au Piton de la Fournaise Sur les volcans andésitiques (Soufrière de Montserrat) Comportement en loi de puissance : - en moyenne sur les volcans basaltiques - sur une courte période de temps ~ 1 jours [Collombet et al., 23]

les volcans andésitiques (Soufrière de Montserrat) Comportement en loi de puissance : -

17 12 - Comparaison sismicité/déformation Comparaison de la constante de temps géodésique et sismologique γ = 1/2 (champ moyen) Relative tilt (in µradians) τ seis = 2. τ tilt Time in years after the 1977 eruption τ seis = 2.78 yr 2.τ tilt = 2.27 yr

γ = 1/2 (champ moyen) Relative tilt (in µradians) 4 3 2 1 τ seis = 2. τ tilt.

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