Le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion). Étude Volcanologique, Structurale et Pétrologique - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1981

The Piton de la Fournaise (Reunion Island). Volcanological, structural and petrological study

Le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion). Étude Volcanologique, Structurale et Pétrologique

Patrick Bachèlery

Résumé

In early April 1977, several eruptive fissures opened outside the Enclos Fouqué caldera at Piton de la Fournaise volcano, La Réunion, pouring out lava flows towards the towns of Piton Sainte-Rose and Bois-Blanc. It had been 177 years since such an eruption occurred outside the caldera, threatening inhabited areas. The partial destruction of Piton Sainte-Rose left its mark on people's minds. This eruption raised awareness of the reality of the eruptive risk on La Réunion, leading to the creation of the Piton de la Fournaise Volcanological Observatory, and the decision to conduct an in-depth study of the Piton de la Fournaise volcano. This was the starting point for this thesis, the aim of which was to provide volcanological, structural and petrological knowledge of the Piton de la Fournaise, a volcano that had been little studied until then. This work was essential for defining the volcano's monitoring strategy and configuring the monitoring networks. In this thesis, the structural aspects of the present-day volcano will first be addressed, with the characterisation of the fracture pattern and the identification of weak zones (rift-zones) that allow the magma to migrate, as well as the recent eruptive axes outside the Enclos caldera, the structure of the summit craters and the large caldera-type collapses, and the structure of the Grand-Brûlé and its extension into the sea, with the identification of the landslides that have affected the eastern flank of Piton de la Fournaise. The major rift zones of the modern volcano (NE and SE), which diverge on either side of the summit craters, and are responsible for eruptions outside the Enclos caldera, such as the April 1977 eruption, have been identified, as has a N-120° rift extending westwards towards the Piton des Neiges, directly fed by deep magmas. The NE and SE rift zones play a major role in the sliding of the eastern flank of Piton de la Fournaise. The second section looks at the volcanological aspects of Piton de la Fournaise (historic activity, eruption types, dynamics, volumes emitted, and production rates). The evolution over time of the summit craters is reconstructed. Detailed mapping of current and recent flows is provided, enabling the history of this volcano over the last few thousand years to be reconstructed, based on 14C dating. Among these eruptions, the description, for the first time, of the ash deposits known as the "Bellecombe ash member", approximately 2,300 years old, has made it possible to identify phases of phreatic and phreatomagmatic activity that were previously unknown at Piton de la Fournaise, and in no way comparable to the historical phreatic eruptions that took place at the summit of the terminal cone. A link between this eruptive sequence and the collapse of the Enclos Fouqué caldera is proposed. Several other more ancient ash deposits are also described. In the next chapter, the different stages in the growth of Piton de la Fournaise are reconstructed by mapping the whole massif (in collaboration with Luc Chevallier). Four successive stages of construction are defined, determined by three major morpho-structural modifications induced by the collapse of the Rivière des Remparts, Plaine des Sables, and Enclos Fouqué, calderas, and/or flank landslides. A reconstruction of the feeding systems is proposed for each of these construction stages. The final part of the thesis focuses on a petrological and geochemical analysis (major and trace elements) of the modern lavas of Piton de la Fournaise, in order to highlight the relationships between structural and petrological aspects. The different types of lava are described along with their paragenesis. It is shown that the evolution of chemical compositions is mainly controlled by two petrological processes: fractional crystallisation, and crystal accumulation, mainly of olivine and spinel, which determines the composition of oceanites. Two modes of magma evolution by fractional crystallisation are recognised. One involves olivine, spinel, and clinopyroxene fractionation, typical of a deep fractionation; the second involves olivine, clinopyroxene, and plagioclase fractionation, corresponding to a more superficial reservoir located just below the Dolomieu crater.
Au début du mois d’avril 1977, plusieurs fissures éruptives s’ouvrent à l’extérieur de la caldeira de l’Enclos Fouqué au Piton de la Fournaise, à La Réunion, déversant des coulées de lave en direction des villes de Piton Sainte-Rose et Bois-Blanc. Cela faisait 177 ans qu’une éruption de ce type, hors de la caldeira et menaçant les zones habitées, ne s’était pas produite. La destruction partielle de Piton Sainte-Rose marqua les esprits. Cette éruption engendra une prise de conscience de la réalité du risque éruptif à La Réunion qui conduisit à la création de l'observatoire volcanologique du Piton de la Fournaise, et à la décision de conduire une étude volcanologique du Piton de la Fournaise. Ce fut le point de démarrage de cette thèse proposée afin d’apporter la connaissance volcanologique, structurale, et pétrologique, du Piton de la Fournaise, volcan jusqu’alors peu étudié ; un travail indispensable à la définition de la stratégie de surveillance du volcan et à la configuration des réseaux de surveillance. Dans cette thèse, sont abordés en premier lieu les aspects structuraux du volcan actuel, avec la caractérisation de l’organisation de la fracturation et l’identification des zones de faiblesse (rift-zones) permettant le cheminement du magma, la définition des axes éruptifs récents hors Enclos, la structure des cratères sommitaux et des grands effondrements de type ‘caldeira’, ainsi que la structure du Grand-Brûlé et de son prolongement en mer, avec l’identification des glissements ayant affectés le flanc oriental du Piton de la Fournaise. Les « rift-zones » majeures du volcan actuel (nord-est et sud-est), divergentes de part et d’autre du sommet et déterminant les éruption hors-Enclos telle celle d’avril 1977, sont identifiées, de même qu’un rift s’étendant vers l’ouest en direction du Piton des Neiges (N-120°), alimenté directement par des magmas d’origine profonde. Les « rift-zones » nord-est et sud-est jouent un rôle majeur dans le glissement du flanc est du Piton de la Fournaise. Dans un deuxième temps, sont abordés les aspects volcanologiques du Piton de la Fournaise (activité historique, types d’éruptions, dynamismes, volumes émis, et taux de production). L’évolution dans le temps des cratères sommitaux est reconstituée. Une cartographie détaillée des coulées de la période actuelle et récente est proposée, permettant de reconstituer l’histoire de ce volcan sur les derniers millénaires, en s’appuyant sur des datations au 14C. Parmi ces éruptions, la description, pour la première fois, des dépôts cendreux dits des « cendres de Bellecombe », vieux d’environ 2300 ans, a permis de d’identifier des phases d’activité phréatique et phréatomagmatique jusqu’alors inconnues au Piton de la Fournaise, et sans commune mesure avec les éruptions phréatiques historiques ayant eu lieu au sommet du cône terminal. Un lien entre cette séquence éruptive et l’effondrement de l’Enclos Fouqué est proposé. D’autres dépôts cendreux plus anciens sont également décrits. Dans le chapitre suivant, sont reconstitués la différents stades d’évolution du Piton de la Fournaise, grâce à une cartographie de l’ensemble du massif (en collaboration avec Luc Chevallier). Quatre stades de construction successifs sont définis, déterminés par trois grandes modifications morpho-structurales induites par l’effondrement des caldeiras de la rivière des Remparts, de la plaine des Sables et de l’Enclos Fouqué, et/ou des glissements de flanc. Une reconstitution des systèmes d’alimentation est proposée pour chacun de ces stades de construction. La dernière partie de la thèse porte sur une analyse pétrologique et géochimique (éléments majeurs et traces) des laves actuelles du Piton de la Fournaise, en essayant de mettre en évidence les relations entre les aspects structuraux et pétrologiques. Les différents types de laves sont décrits avec leurs paragénèses. Il est montré que l’évolution des compositions chimiques est essentiellement contrôlée par deux processus pétrologiques : la cristallisation fractionnée, et l’accumulation de cristaux, principalement l’olivine et le spinelle, qui détermine en particulier la composition des océanites. Deux modes d’évolution des magmas par cristallisation fractionnée sont reconnus. L’un impliquant un fractionnement d’olivine, spinelle, et clinopyroxène, caractéristique d’un fractionnement profond ; le second lié au fractionnement d’olivine, clinopyroxène, et plagioclase, correspondant à un réservoir plus superficiel localisé à l’aplomb du cratère Dolomieu.
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Citer

Patrick Bachèlery. Le Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion). Étude Volcanologique, Structurale et Pétrologique. Planète et Univers [physics]. Université de Clermont-Ferrand, 1981. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04579037⟩
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