Plusieurs volcans andésitiques dans le monde connaissent des périodes d’activité en système ouvert pendant plusieurs années, décennies voire siècles, qui sont caractérisées par des manifestations éruptives persistantes d’intensité fluctuante et ponctuées de phases explosives violentes et dangereuses, souvent accompagnées d’écoulements pyroclastiques. La compréhension de la dynamique et de l’origine de ces paroxysmes en système ouvert est un enjeu majeur de la recherche volcanologique dans le but d’améliorer la surveillance de ce type d’activité. Le Tungurahua en Equateur est un excellent exemple pour étudier un système andésitique ouvert : entré en activité en 1999, le volcan a connu une phase paroxysmale en août 2006, avec l’émission d’un panache éruptif de 15 km de hauteur et la mise en place d’écoulements pyroclastiques. Les objectifs de cette thèse sont, à partir de l’étude du dépôt de retombée, d’explorer la dynamique d’un volcan andésitique fonctionnant en système ouvert en étudiant le cas du paroxysme explosif du Tungurahua et de développer une méthode de suivi haute-résolution des budgets éruptifs massiques, transposable à différentes phases éruptives et différents volcans. A l’aide d’une déconvolution automatique des distributions granulométriques bimodales du dépôt, deux sous-populations ont été caractérisées et quantifiées. Ces dernières reflètent la syn-sédimentation de particules grossières depuis le panache éruptif, et de particules fines depuis des nuages co-écoulements pyroclastiques. Cette analyse granulométrique couplée à l’étude de l’amincissement du dépôt indiquent un volume total minimum de 42×106 m3 et un panache de 16-18 km au dessus du cratère. Cette éruption est classée comme une VEI 3 de type subplinien. Un nouveau protocole d’analyses de type et densité de clastes révèle une distribution sigmoïdale des densités des particules vésiculées avec la granulométrie. Cette loi empirique permet de déterminer la charge massique de chaque classe de constituants latéralement dans le dépôt à partir des données de comptage de grains. L’intégration des lois de décroissance massique exponentielle et puissance de chaque classe de constituant dans le dépôt permet d’estimer leur masse totale. Ces budgets massiques indiquent une magnitude~3,5 et une intensité ~9,2. La faible masse de ponces acides (<0.4 wt.%) exclus une origine par mélange de magma. Une proportion de ~98 wt.% et la faible densité de produits juvéniles révèle le caractère magmatique de l’éruption et l’absence d’interactions phréato-magmatiques. Les xénoclastes témoignent d’une fragmentation et d’une érosion des 2 km supérieurs du conduit. Des analyses morphologiques de particules menées avec un outil automatique et innovant (Morphologi G3 de Malvern) montrent le caractère hautement vésiculé des particules juvéniles et la faible viscosité de la lave. L’explosivité élevée d’août 2006 apparaît comme une manifestation extrême d’un système ouvert alimenté par des injections irrégulières de magma andésitique profond. L’activité du Tungurahua depuis 1999 définit un système caractérisé par un conduit très ouvert, une lave peu visqueuse et un dégazage par le biais d’explosions stromboliennes de faibles à hautes intensités. La méthode de détermination des budgets éruptifs est un atout majeur pour le suivi et la surveillance des phases éruptives en système ouvert. / Many andesitic volcanoes at subduction plate margins can experience in the course of their evolution periods of continuous eruption during years, decades, or centuries characterized by a fluctuation of the activity interrupted by explosive events of varying size and duration, with possible production of pyroclastic density currents. Magmatic activity lasts for long periods of time before violent explosive eruptions occur, which makes the forecasting of such events a real challenge. I focus on the case of Tungurahua, one of Ecuador’s most active volcanoes, which started an open-vent eruptive period in 1999. The paroxysmal phase occurred in August 2006 and resulted in a sustained eruption column associated with pyroclastic flows and surges. From the study of the tephra fall deposit, the aims of this work are to understand the origin and the dynamics of the August 2006 explosive paroxysmal phase and to develop a transposable method of high-resolution analysis of eruptive mass budgets. Based on a new grainsize deconvolution algorithm, two subpopulations of grains were distinguished, characterized and quantified in the bimodal distributions of the tephra fall deposit. These subpopulations result from the syn-deposition of coarse grains from the main volcanic plume and fine-grained ash elutriated from pyroclastic flows. A bulk minimum tephra volume ~42×106 m3 and a column height of 16-18 km above the vent are assessed. These data support a VEI 3 event of subplinian type. Detailed componentry counting and particle density analyses allow to propose a sigmoidal law to describe the particle density variations with grainsize of vesicular grains. This law is used to calculate the mass per unit area of the componentry classes laterally in the deposit, from the results of the componentry analyses. Integrating the mass decay rates of the componentries in the deposit, we infer their total mass. Results point to a mass magnitude of~3.5 and an intensity of ~9.2. The pumice mass fraction is far too small (< 0.4 %) to account for the high explosivity of the 2006 event. The high juvenile content in the deposit (~98 wt.%)supports a magmatic origin of the eruption, and no phreatic influence on the overall explosivity. The nature and content of non-magmatic material imply that fragmentation and erosional behaviour occurred in the upper ~2 km of the plumbing system. Morphological analyses performed with Morphologi G3 instrument (Malvern) show a high vesicularity of the products and a low viscosity of the lava. These results support an explosive event fed by a deep gas-rich andesitic reinjection, which would have incorporated a pocket of older differentiated magma and eroded the upper conduit during the sub-plinian event. Tungurahua activity describes a eruptive system characterized by an open-vent, a low lava viscosity and a degassing behaviour through strombolian explosions of weak to high intensity. The high-resolution mass-based approach reveals useful to decipher the origin of the violent 2006 paroxysm and has potential to improve magnitude determinations of ancient eruption by considering componentry mass instead of volume. It is also applicable for monitoring purposes in the context of on-going crises at many andesitic eruptive worldwide.

Le Yasur est un petit stratovolcan situé au coeur d'une grande caldeira, dans la partie sud-est de l'Ile de Tanna (Sud Vanuatu). Le cratère sommital est occupé par trois évents : les évents A et B dans le sous-cratère sud et l'évent C dans le sous-cratère nord. L'activité du Yasur est caractérisée par des explosions de bulles de gaz et l'émission de petits panaches de cendres. Afin de mieux comprendre les processus volcaniques qui se produisent au sein de l'édifice, un large réseau de capteurs, comprenant 12 antennes sismiques et 10 stations large-bande, a été déployé autour du Yasur en 2008, enregistrant le signal sismique en continu. Le modèle de vitesse de la structure superficielle du volcan ainsi que de la caldeira de Siwi a été estimé jusqu'à 200 m de profondeur en utilisant les méthodes SPAC et f-k - deux techniques d'analyse du bruit ambiant inclues dans le logiciel Geospy - sur les signaux enregistrés par sept antennes. Quatre zones principales ont été distinguées et interprétées en terme de couches géologiques et de répartition des fluides (aquifère, système hydrothermal) dans la structure volcanique. Le modèle de vitesse a ensuite été intégré dans un algorithme de tracé de rai et combiné à une méthode de triangulation sismique pour localiser la source des explosions et des événements longue période. Les localisations ont permis de suivre l'évolution de l'activité en 2008 dans les différents évents, et de proposer deux modèles de dynamique éruptive pour expliquer la périodicité des explosions stromboliennes et l'intense activité observée au Yasur. Les localisations ont également permis l'estimation de la vitesse d'ascension des poches de gaz ainsi qu'une estimation de la géométrie du conduit volcanique. / Yasur is a small stratovolcano located inside a large caldeira, in the south-eastern part of Tanna Island (South Vanuatu). The summit crater is occupied by three vents: the vents A and B in the southern subcrater and the vent C in the northern subcrater. Yasur's activity is characterized by explosions of gas bubbles and the emission of small ash plumes. In order to better understand the volcanic processes that occured inside the edifice, a large seismic network, consisting of 12 antennas and 10 broadband stations, was deployed around Yasur volcano in 2008, recording continuously the seismic signal. The superficial velocity structure of Yasur volcano and of the Siwi caldeira was estimated up to 200 meters using the Spatial Autocorrelation and the frequency-wavenumber techniques - two ambient noise methods included in the software Geopsy - on seismic signals recorded by seven antennas. Four main areas were distinguished and interpreted in terms of geological layers and fluid distribution (aquifer, hydrothermal system) inside the volcanic structure. The velocity structure was inserted in a ray tracing algorithm and combined to a seismic triangulation method to locate sources of explosion quakes and LP events. Locations allow to follow the evolution of the 2008 Yasur's activity in the different vents and to propose two eruptive dynamics models to explain the periodicity of the strombolian explosions and the intense activity observed at Yasur volcano. Locations also allow the estimation of the slug rise velocity and an estimate of the volcanic pipe geometry.