Characterization of instability processes affecting volcanic islands: Application to Montagne Pelée volcano in Martinique from drilling datasets of IODP Expedition 340
Caractérisation des processus d'instabilité affectant les îles volcaniques: Application au volcan de la Montagne Pelée en Martinique à partir de l'exploitation des forages de l'Expédition IODP 340
Résumé
Cette thèse s’intéresse aux processus d’instabilité affectant l’île volcanique de la Martinique (Petites Antilles) à partir de l’analyse combinée de données de géophysique marine et de forages profonds. Les premières ont été acquises au cours de trois campagnes océanographiques réalisées au large de l’île (AGUADOMAR – 1999, CARAVAL – 2002 et GWADASEIS – 2009) alors que les données de forage ont été collectées lors de l’Expédition IODP 340 (2012), première du genre à avoir foré dans des dépôts liés à l’activité volcanique d’une île. La couverture complète des données de géophysique marine a permis de caractériser l’architecture, l’extension et le volume de ces dépôts, alors que les données de forages ont permis de contraindre leur composition et a posteriori, leur origine. L’ensemble de ces données nous permet aujourd’hui de proposer un nouveau modèle, établissant un lien entre les processus d’effondrement du flanc du volcan de la Montagne Pelée et des processus de glissements sous-marins au large de l’île. Ce modèle repose sur deux hypothèses principales : 1/ la mise en place des avalanches de débris est influencée par la rupture de pente entre le flanc sous-marin du volcan et le bassin de Grenade et 2/ le poids généré par les dépôts d’avalanches de débris a pu déclencher une rupture des sédiments et la propagation d’un glissement sous-marin en aval. Afin de vérifier l’exactitude de la 1ère hypothèse, des simulations numériques ont été réalisées afin de comprendre les mécanismes de mise en place des avalanches de débris, et ce à partir de la modélisation du 3ème et dernier dépôt identifié en mer. L’utilisation de deux codes numériques (SHALTOP décrivant précisément les termes complexes de la topographie et HYSEA tenant compte de l’eau), montre que SHALTOP induit une meilleure reproduction du dépôt comparé à HYSEA. Ceci démontre l’influence notable de la topographie dans la dynamique des avalanches et notamment de la rupture de pente qui tend à ralentir leur propagation. Par ailleurs, dans le but de vérifier la 2nd hypothèse de notre modèle, des expériences de modélisation analogique ont été réalisées afin de comprendre cette fois-ci, les mécanismes de propagation des glissements sous-marins sur une pente. Elles démontrent l’influence positive des ruptures de pente et des apports de matériels sur la distance de propagation du glissement, alors que l’eau tend à maintenir le glissement sur la durée. Les apports de matériel permettent le plus souvent d’accélérer momentanément la vitesse du glissement. Enfin, nous discutons la possibilité d’appliquer le nouveau modèle proposé aux autres îles de l’arc des Petites Antilles et à d’autres îles volcaniques du monde.
This study focuses on instability processes occuring on the volcanic island of Martinique (Lesser Antilles) from the combined analysis of marine geophysical and deep drilling datasets. The first ones were gathered during three oceanographic cruises offshore the island (AGUADOMAR – 1999, CARAVAL – 2002 et GWADASEIS – 2009), while drilling data were collected during the IODP Expedition 340 (2012), the first of its kind which has drilled into deposits associated to the activity of a volcanic island. The full coverage of marine geophysical dataset allowed to characterize these deposits’s architecture, extent and volume while drilling data allowed to better constrain its composition and origin. All of these data allow us to propose a new model linking flank-collapse processes of Montagne Pelée volcano and submarine landslides processes offshore the island. This model relies on two main assumptions : 1/ debris avalanches’s emplacement is influenced by the slope break between the submarine volcano flank and the Grenada Basin and 2/ the weight of debris avalanche deposits may have triggered a seafloor sediment failure resulting in a submarine landslide propagation downstream. In order to test the veracity of the 1st assumption, numerical simulation have been carried out to better understand the emplacement mechanisms of debris avalanches, based on the 3rd and last debris avalanche deposit identified offshore. The use of two numerical models (SHALTOP accurately describing the complex terms of topography and HYSEA taking into account the water column), shows that SHALTOP better reproduce the deposit compared to HYSEA. This demonstrates the significant influence of topography into the debris avalanches’ dynamic and especially of the slope break that tends to slow down their propagation. In addition, in order to verify the 2nd assumption of our model, analogue modelling experiments have been undertaken in order to better understand this time, propagation mechanisms of submarine landslides over a slope. They demonstrate the positive influence of the slope breaks and of the material inputs over the landslide’s runout distance, while the water tends to maintain the landslide’s duration. Most of the time, material inputs allow to accelerate temporarily the landslide’s velocity. Finally, we discuss the possibility to apply the new model proposed by this study to the others volcanic islands of the Lesser Antilles arc and to others volcanic island worldwide.
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