Projet ANR-12-BS06-0012 – DOMERAPI : Dynamique d'un volcan d'arc à dômes de lave, le Merapi (Indonésie) : du réservoir magmatique aux processus éruptifs
Programme : Blanc - SIMI 6 - Système Terre, environnement, risques (Blanc SIMI 6)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Philippe METAXIAN (Institut des Sciences de la Terre)
Partenaires : Bandung Institute of Technology; CVGHM Center of Volcanological and Geological Hazards Mitigation; Institut des Sciences de la Terre d'Orléans; GFZ-potsdam Helmholtz Centre Potsdam, German Research Centre for Geosciences; Institut polytechnique Grand Paris; Géosciences Environnement Toulouse; Institut des Sciences de la Terre; Laboratoire Magmas et Volcans; Geological Survey
Montant : 639995.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Dynamique d'un volcan d'arc à dômes de lave, le Merapi (Indonésie) : du réservoir magmatique aux processus éruptifsSur les volcans andésitiques, le magma atteint la surface sous la forme de dômes qui s’effondrent par gravité ou explosent en produisant des coulées pyroclastiques ou des colonnes éruptives verticales. Ces différents styles éruptifs génèrent des impacts humains et environnementaux radicalement différents.DOMERAPI propose une approche multidisciplinaire qui intègre des méthodes géologiques et géophysiques afin d'améliorer notre compréhension de ces processus magmatiques.
Comment de larges éruptions peuvent modifier le comportement global du volcan Merapi et produire un changement de style éruptif vers un mode plus explosif que l'activité effusive commune ?DOMERAPI propose une approche multidisciplinaire unique et robuste pour s’attaquer au problèmes fondamentaux de  compréhension des liens de causalité entre le suivi de l’activité, les observables phénoménologiques de l'activité volcanique et les transitions de styles éruptifs avec la dynamique des processus physico-chimiques du système volcanique interne menant à des éruptions dévastatrices avec de vastes implications sociétales. Dans le cas du Merapi, il est crucial de comprendre l'alternance des cycles de courte durée de l'activité éruptive effusive avec des cycles du centenaire de grandes éruptions explosives. DOMERAPI se penche sur le problème en essayant de répondre aux questions clés à la suite de l'éruption 2010: comment de grandes éruptions peuvent-elles modifier le comportement global du volcan et annoncer un changement dans le style éruptif encore plus explosive en contraste avec l'activité effusive plus commune? Comment ces changements peuvent influer sur les paradigmes de la surveillance, de la prévision et de l'évaluation des risques? Au cours de la dernière décennie, notre compréhension des volcans a progressé de manière significative à la suite des avancées majeures dans les domaines de la pétrologie, la géologie, la géophysique et la géochimie. Toutefois, étant donné la complexité des systèmes volcaniques et les nombreux processus couples ou cachés, les modèles interprétatifs peuvent être biaisées et obsolètes s’ils s'appuyent sur un seul ou un nombre limité de champs de recherche. Par conséquent, il est de nécessité impérieuse pour la recherche volcanologique de développer une compréhension intégrée approfondie des systèmes volcaniques et d’éviter les approches trop restreintes. Aborder cette question nécessite une recherche pluridisciplinaire couplée, en associant des observations de terrai, des expériences de laboratoire et de la modélisation, afin d'élaborer des scénarios éruptifs crédibles.
Une approche scientifique novatrice à partir de l’observation, de l’expérimentation en laboratoire et de la modélisation numérique en géophysique, géochimie et en géologie appliquée au volcan MerapiL'approche scientifique multidisciplinaire intégrée de DOMERAPI repose sur une combinaison entre observations de terrain, analyses de laboratoire et modélisation numérique dans les domaines de la géophysique, de la géochimie et de la géologie. Des méthodes analytiques récentes sont utilisées pour résoudre les difficultés liées à la quantification de la contribution de mélange et d’assimilation de la croûte aux paramètres physico-chimiques du magma. En outre, le sujet controversé de l'existence, la nature et la géométrie des réservoirs magmatiques du Merapi est abordé par la confrontation de différentes méthodes et de nouveaux développements techniques en pétrologie, des expériences de haute-pression/temperature, en tomographie sismique, mesures GPS et mesures de flux de gaz. Le projet propose de nouvelles méthodes analytiques pour l'imagerie des propriétés électriques des roches (système hydrothermal). De nouveaux développements technologiques en étroite collaboration avec des scientifiques indonésiens vont permettre à DOMERAPI de dépasser les défis posés par l'installation et la maintenance d'un réseau de sismomètres large bande, d’inclinomètres, de capteurs électriques, spectromètres UV, et de caméras optiques et IR dans des conditions de terrain difficiles. L'analyse scientifique et la gestion de crises d’éruptions majeures ont souligné l'importance fondamentale des séries temporelles de mesure du flux de magma. DOMERAPI développe des méthodes innovantes d’acquisition de données stéréophotogrammétriques au sol et satellites et d'analyse pour le couplage avec des modèles de mise en place de flux pyroclastiques enrichi de nouveaux modules prenant en compte les courants turbulents de densité pyroclastiques à fort impact. Combiner plusieurs jeux de données et interprétations dans un modèle intégratif de dynamique éruptive du Merapi sera difficile. DOMERAPI fournira un corpus unique de nouvelles connaissances sur la dynamique éruptive des volcans du dôme.
Résumé de la soumission : Les volcans sont des systèmes complexes qui transfèrent le magma des zones de stockage profond vers la surface à travers un ensemble de conduits et de dykes. A chaque niveau, un grand nombre de phénomènes couplés modifient les propriétés chimiques et physiques du magma et l’état du milieu encaissant, générant des signaux géophysiques et géochimiques qui peuvent être détectés à la surface. Dans le cas des volcans andésitiques, le magma atteint la surface sous la forme de coulées de lave, de dômes qui peuvent se déstabiliser de manière gravitationnelle ou explosive pour former des nuées ardentes (écoulements pyroclastiques) qui se propagent sur les flancs du volcan à plusieurs kilomètres, ou sous forme de colonnes explosives verticales de magma fragmenté. Ces différents styles d’éruption ont des conséquences totalement différentes en terme de dommages humains, structurels et environnementaux. Afin d’améliorer de manière significative notre compréhension de ces processus magmatiques et leur contrôle sur la dynamique éruptive, le projet DOMERAPI propose une approche multidisciplinaire qui inclut et intègre des méthodes pétrologiques, géochimiques et géophysiques. Cette stratégie est particulièrement appropriée pour comprendre des systèmes complexes et dynamiques quand toute technique isolée ne produirait que des perspectives étroites et limitées. En outre, DOMERAPI inclut non seulement l’analyse de données existantes, mais conçoit aussi des observations de terrain et des expériences de laboratoire innovantes. Comme principal objectif, les résultats obtenus par les différentes disciplines seront intégrés dans des modèles numériques d’écoulement dans les conduits et interprétés en terme de processus physiques, afin de faciliter la prévision des éruptions et la définition de scénarios éruptifs pour les volcans à dômes.Ce projet est focalisé sur le Merapi, le volcan le plus actif d’Indonésie, une cible pertinente dans le cadre du « site instrumenté » VELI (Volcans Explosifs Laboratoires Indonésiens), labellisé par le CNRS/INSU et particulièrement fascinante après la crise éruptive majeure d’octobre-novembre 2010. Un tel projet offre une occasion unique d’étudier les transitions entre les explosions modérées et les explosions violentes associées aux effondrements de dôme ainsi que les impacts à long terme de ce type d'évènement sur les volcans à domes. Pour atteindre cet objectif, le système de surveillance permanent devra être complété par un réseau dense multiparamétrique de capteurs de technologie récente, faisant du Merapi l’un des volcans les mieux observés et étudiés au monde. Les résultats auront des implications fondamentales pour la surveillance, l’estimation et la réduction des risques des volcans d’arc, tels que ceux des Antilles françaises.Ce projet en coopération rassemble des équipes de recherche indonésiennes et françaises qui sont hautement spécialisées dans leurs domaines d’étude, tels que la surveillance volcanologique, la pétrologie expérimentale, la volcanologie physique, l’imagerie des structures et la modélisation numérique des processus magmatiques. Il implique les quatre laboratoires français leaders dans ce domaine, ce qui renforcera la cohésion de cette communauté et la synergie entre les différentes disciplines de la volcanologie, une condition nécessaire pour impulser de manière significative la recherche en volcanologie au delà de l’état actuel de l’art. Des équipes américaines et allemandes associées apporteront leur expertise et leur savoir-faire à ce projet international enthousiasmant. Les partenaires sont engagés dans un effort commun pour partager leurs données et compétences avec l’objectif majeur de produire un modèle intégratif du comportement éruptif du Merapi, un des volcans les plus dangereux et peuplés de la planète.
Résultats : en cours
Perspectives : en cours
Publications et brevets : Borisova, A., Martel, C., Gouy, S., Pratomo, I., Sumarti, S., Toutain, J.P., Bindeman, I.N., de Pasival, P., Metaxian, J.-P., Surono, 2013. Highly explosive 2010Merapi eruption: evidence for shallow-level crustal assimilation and hybrid fluid. JVGR 261, 193–208.
Budi-Santoso, A., Lesage, P., Dwiyono, S., Sumarti, S., Subandriyo, J., Surono, Jousset, P., Metaxian, J.-P., 2013. Analysis of the seismic activity associated with the 2010 eruption of Merapi volcano, Java. JVGR 261, 153–170.
Jousset, P., Budi-Santoso, A., Jolly, A.D., Boichu, M., Surono, Dwiyono, S., Sumarti, S., Hidayati, S., Thierry, P., 2013. Signs of magma ascent in LP and VLP seismic events and link to degassing: an example from the 2010 explosive eruption at Merapi volcano, Indonesia. JVGR 261, 171–192.
Komorowski, J.C., Jenkins, S., Baxter, P.J., Picquout, A., Lavigne, F., Charbonnier, S., Gertisser, R., Cholik, N., Budi-Santoso, A., Surono, 2013. Paroxysmal dome explosion during the Merapi 2010 eruption: processes and facies relationships of associated high-energy pyroclastic density currents. JVGR 261, 260–294.