Capacité érosive des écoulements pyroclastiques : impact sur les budgets éruptifs et implications pour l'aléa

Les ecoulements (ou coulees) pyroclastiques (PFs) sont des melanges concentres de gaz et de particules a haute temperature qui representent l’alea volcanique le plus meurtrier qui soit. La protection des populations necessite la mise au point de cartes des menaces precises, qui requierent une connaissance fine de ces phenomenes. Cependant, les causes et les consequences de l’erosion/incorporation associee aux PFs au cours de leur mise en place restent encore largement meconnues. Cette these se propose de caracteriser la capacite erosive des PFs, de definir des mecanismes d’erosion, et de quantifier leurs impacts sur les budgets eruptifs et sur l’alea associe. Pour cela, cette etude se concentre sur les PFs de volumes modestes mis en place pendant l’eruption d’aout 2006 du volcan Tungurahua (Equateur) et adopte une demarche double, basee sur des investigations sedimentologiques et texturales des depots, couplees a la modelisation numerique. Une methode originale, basee sur l’analyse d’images haute resolution corrigees par stereologie, sur des etudes texturales detaillees des depots, et sur des bilans massiques de matiere, permet de determiner la granulometrie, la composition lithologique et la morphologie des produits sur l’ensemble de leur gamme de taille. Le calcul des bilans de matiere montre que pres de 50 wt. % des depots de PFs sont composes de materiaux non-juveniles incorpores lors de la mise en place. Ces derniers proviennent principalement de la partie superieure du volcan. La pente est ainsi le parametre controlant au premier ordre l’intensite de l’erosion. Les budgets eruptifs complets indiquent un VEI de 3 (0,09 km 3 ) pour l’eruption, et soulignent l’importance de considerer separement les materiaux juveniles et non-juveniles pour estimer la taille d’une eruption. L’etude detaillee des constituants met en evidence une segregation dynamique des clastes par densite au cours du transport, avec un taux de sedimentation de ≈10 cm.s -1 . Les donnees lithologiques, granulometriques et morphologiques demontrent la presence de phenomenes de fragmentation-abrasion des clastes pendant leur transport. Les clastes massifs (ex : laves anciennes) sont le principal agent de fragmentation des clastes scoriaces (ex : bombes). Des populations granulometriques fines, capables d’etre transferees depuis l’ecoulement dense principal vers les deferlantes et/ou le panache co-pyroclastique sont produites pendant toute la duree de la mise en place. Les modeles numeriques bases sur une nouvelle loi d’erosion developpee ici (et integree au code VolcFlow), demontrent la capacite de la rheologie plastique a reproduire des PFs erosifs. L’erosion est associee a des variations dynamiques du rapport des contraintes normales/cisaillantes pendant la mise en place des ecoulements, provoquees par des fluctuations d’epaisseur lors de phases de deceleration. Le front fin des PFs, fortement frictionnel et erosif, est pousse par une tete et un corps plus epais, tous deux non erosifs. L’incorporation s’accompagne d’une augmentation de distance de parcours de l’ordre de 10-30% en fonction du taux d’incorporation, qui depend de la quantite de matiere affouillable disponible sur le volcan avant l’eruption. Ces resultats montrent que l’erosion peut avoir un role majeur sur les zones impactees par les PFs, et soulignent l’importance de prendre en compte cette capacite lors de la definition de l’alea, ainsi que pour les etudes futures.