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Posté par Adrien le Mardi 17/04/2018 à 12:00
Réorientation d'un filon magmatique lors de la formation d'un maar
La réorientation des filons magmatiques au cours de leur propagation est un mécanisme important qui peut conduire à relocalisation des évents d'un volcan. Ce processus se produit plus particulièrement au cours d'éruptions volcaniques explosives et est associé à la formation d'excavations souterraines et à la remobilisation de l'encaissant et des roches volcaniques plus anciennes. Des méthodes numériques ont été utilisées pour quantifier les interactions entre excavation-remplissage d'un cratère ( Pour le cratère d'origine volcanique, voir Cratère volcanique Pour le cratère d'origine météoritique, voir Cratère d'impact Pour le cratère formé à la suite d'un effondrement d'origine souterrainne...) et les processus d'intrusions magmatiques. Des scientifiques internationaux et un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent d'importantes...) du Laboratoire magmas et volcans (LMV) ont pu observer la génération de contraintes tectoniques compressives sous le cratère lors de son excavation favorisant une réorientation latérale des intrusions magmatiques. Ces modèles mettent ainsi à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent...) de nouveaux mécanismes expliquant à la fois la génération d'intrusions latérales liées à la réorientation des intrusions magmatiques dans la croûte, et la fragmentation explosive intra-cratère pendant le volcanisme phréatomagmatique. Leurs travaux ont été publiés le 13 avril 2018 dans Nature Communication.


Figure 1: Croquis d'une éruption de type phréatomagmatique et développement du système d'alimentation magmatique superficiel. a) proto-diatrème (stade d'excavation) et b) développement du diatrème (stade de remplissage). Les flèches colorées représentent l'orientation de la contrainte de compression minimale (?3), les couleurs bleue et rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) représentent respectivement la contrainte tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des structures...) différentielle en extension et en compression.

Des études récentes de terrain et en géophysique ont révélé que la croissance des réseaux complexes d'intrusions magmatiques subhorizontales (sills) ou subverticales (dikes) sous-jacents aux champs volcaniques monogéniques, influence la localisation et le style des éruptions. La combinaison (Une combinaison peut être :) de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) explosive et du changement potentiel de la localisation de l'évent du volcan (Un volcan est un relief terrestre, sous-marin ou extra-terrestre formé par l'éjection et l'empilement de matériaux issus de la montée d'un magma sous forme de lave et de tephras tels que les...), qui augmente graduellement la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) impactée par l'éruption, pose un risque important pour les localités à forte densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...) de population situées sur des champs volcaniques (par exemple, la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins...) d'Auckland en Nouvelle-Zélande).

En utilisant des simulations numériques par élément finis, nous avons pour la première fois modélisé les effets mécaniques sur l'état de contrainte local lors de l'excavation d'un cratère, suivie par son remplissage par les dépôts générés par l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue...). Notre approche permet de calculer en 3D l'orientation des contraintes tectoniques contrôlant la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les...) et la direction de propagation des intrusions magmatiques. A l'intérieur d'un domaine élastique (de type grès) soumis à des charges gravitationnelles, l'excavation du cratère est modélisée dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) par la formation d'un cône inversé dont la surface est soumise à une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) proportionnelle au volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux, comportant...) éjecté. La géométrie finale et l'état de contrainte qui en résultent sont utilisés comme conditions initiales dans la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du...) étape de remplissage, celui-ci étant effectué à l'aide d'un matériel volcanoclastique de faible réponse élastique.

Les résultats de cette étude montrent que l'excavation liée à la formation d'un cratère génère des contraintes compressives horizontales (Fig. 1a) et provoque la rotation des contraintes sous-jacentes. Ceci entraine sous le cratère une réorientation latérale de l'intrusion magmatique se propageant verticalement sous la forme d'un dike (Fig. 1a). Par la suite, le remplissage du cratère provoque un nouveau changement dans l'orientation des contraintes qui refocalise la propagation du magma vers l'intérieur du cratère. L'intrusion du magma est favorisée par des contraintes extensives horizontales (Fig. 1b). Au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure que le cratère se remplit, des contraintes compressives horizontales vont être générées dans sa partie supérieure (Fig. 1b). Ces dernières vont à nouveau inhiber la propagation verticale du magma favorisant alors une réorientation latérale sous la forme de sills pouvant induire des explosions intra-cratère (Fig. 1b).

L'étude détaillée des phases successives liées à la formation d'un maar lors d'une éruption phréatomagmatique permet de mettre en évidence des mécanismes tectoniques contrôlant la réorientation des intrusions magmatiques latéralement. Ces réorientations augmentent les risques volcaniques et doivent être pris en compte dans les régions du monde (Le mot monde peut désigner :) sujettes à ce type d'éruptions.

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Source: CNRS-INSU
 
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