Thesis (M.A.)--University of South Florida, 2003. / Title from PDF of title page. Document formatted into pages; contains 208 pages. Includes bibliographical references.

Title from PDF of title page. / Document formatted into pages; contains 200 pages. / Thesis (M.A.)--University of South Florida, 2003. / Includes bibliographical references. / Text (Electronic thesis) in PDF format. / ABSTRACT: How people pereceive the risks associated with natural hazards contributes to their willingness to take protective action. Such action may be constrained by prevailing socio-economic and place-specific conditions that restrict or inform the choice of protective measures available to the individual. Vulnerability to the impacts of extreme geophysical events increases when the range of alternatives is limited or misinformed. Many evacuees from a potentially violent volcanic eruption in Ecuador returned to their home town of Banos while it was still under an evacuation order in 2000 and considered to be a high risk area by officials. / ABSTRACT: The research examined four main questions: (1) What economic conditions confronted Baños evacuees? (2) What political or other social events occurred while they were evacuated that limited their perceived range of options? (3) What information was available about prior eruptions of the volcano and other local natural hazards? and (4) What were the characteristics of the economic base of Baños? These questions were investigated using data from interviews with evacuees, government and non-governmental officials, census and other statistical information, scholarly texts and newspaper reports. The research suggests that economic conditions made it extremely difficult for people to relocate to other communities. When a violent eruption did not occur immediately, and few direct impacts of the eruptions were experienced in Banos, many people chose to return home in an effort to reestablish themselves economically. / ABSTRACT: These people perceived the volcano hazard in Baños to be far less threatening than the economic destitution associated with evacuation. This perception may have been influenced by factors other than the socio-economic context, including efforts of political leaders and tourist business owners to effect the town's economic recovery. These efforts included an aggressive publicity campaign that minimized the risk posed by the volcano. Besides encouraging tourists to return, the campaign also encouraged evacuees to do so. Finally, among some residents, religious beliefs may have contributed to perceptions that they would not be harmed in the event of an explosive eruption. / System requirements: World Wide Web browser and PDF reader. / Mode of access: World Wide Web.

The vulnerability of communities at risk from volcanic activity at Volcan Tungurahua, Ecuador and Mount Rainier in the USA provided the focus for this thesis. The research aimed to develop an integrated approach to risk assessments that combined both hazard and vulnerability analysis. In phase one, the study developed a novel methodology to assess volcanic threat that utilised previously published data. This semi-quantitative approach integrated measures of both hazard and exposure factors, allowing the relative threat to different communities to be ranked. By avoiding the complex quantitative analysis associated with traditional risk assessments of the multiple hazards associated with volcanic activity, this methodology may be applied where comprehensive historic and geological data may be lacking, as well as facilitating understanding amongst non-specialists and members of the public. The second phase of the research investigated human vulnerability, with an exploratory study carried out in Ecuador. This utilised a questionnaire survey aimed at eliciting an individual’s beliefs and attitudes towards volcanic risk, which provided the basis for a more comprehensive exploration of social vulnerability conducted in the USA. This investigated further the role of socio-economic features and psychological characteristics, such as risk perception, hazard salience and self-efficacy, in promoting self-protective behaviour, and examined the relative importance of these factors in determining vulnerability. The theoretical underpinnings of this research suggest that individuals with certain socio-economic characteristics may incur greater losses during a disaster, whilst perceptual processes may influence how an individual responds to a hazardous event. Little evidence was found to support the socio-economic model of vulnerability, which prevented the integration of the two research phases. However, perceptual factors were found to be significant predictors in the adoption of protective hazard adaption. This suggests that targeting risk mitigation and communication strategies to address these psychological constructs may be more important for reducing overall vulnerability than focusing efforts towards specific socio-economic groups.

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.

Les écoulements (ou coulées) pyroclastiques (PFs) sont des mélanges concentrés de gaz et de particules à haute température qui représentent l’aléa volcanique le plus meurtrier qui soit. La protection des populations nécessite la mise au point de cartes des menaces précises, qui requièrent une connaissance fine de ces phénomènes. Cependant, les causes et les conséquences de l’érosion/incorporation associée aux PFs au cours de leur mise en place restent encore largement méconnues. Cette thèse se propose de caractériser la capacité érosive des PFs, de définir des mécanismes d’érosion, et de quantifier leurs impacts sur les budgets éruptifs et sur l’aléa associé. Pour cela, cette étude se concentre sur les PFs de volumes modestes mis en place pendant l’éruption d’août 2006 du volcan Tungurahua (Equateur) et adopte une démarche double, basée sur des investigations sédimentologiques et texturales des dépôts, couplées à la modélisation numérique. Une méthode originale, basée sur l’analyse d’images haute résolution corrigées par stéréologie, sur des études texturales détaillées des dépôts, et sur des bilans massiques de matière, permet de déterminer la granulométrie, la composition lithologique et la morphologie des produits sur l’ensemble de leur gamme de taille. Le calcul des bilans de matière montre que près de 50 wt. % des dépôts de PFs sont composés de matériaux non-juvéniles incorporés lors de la mise en place. Ces derniers proviennent principalement de la partie supérieure du volcan. La pente est ainsi le paramètre contrôlant au premier ordre l’intensité de l’érosion. Les budgets éruptifs complets indiquent un VEI de 3 (0,09 km 3 ) pour l’éruption, et soulignent l’importance de considérer séparément les matériaux juvéniles et non-juvéniles pour estimer la taille d’une éruption. L’étude détaillée des constituants met en évidence une ségrégation dynamique des clastes par densité au cours du transport, avec un taux de sédimentation de ≈10 cm.s -1 . Les données lithologiques, granulométriques et morphologiques démontrent la présence de phénomènes de fragmentation-abrasion des clastes pendant leur transport. Les clastes massifs (ex : laves anciennes) sont le principal agent de fragmentation des clastes scoriacés (ex : bombes). Des populations granulométriques fines, capables d’être transférées depuis l’écoulement dense principal vers les déferlantes et/ou le panache co-pyroclastique sont produites pendant toute la durée de la mise en place. Les modèles numériques basés sur une nouvelle loi d’érosion développée ici (et intégrée au code VolcFlow), démontrent la capacité de la rhéologie plastique à reproduire des PFs érosifs. L’érosion est associée à des variations dynamiques du rapport des contraintes normales/cisaillantes pendant la mise en place des écoulements, provoquées par des fluctuations d’épaisseur lors de phases de décélération. Le front fin des PFs, fortement frictionnel et érosif, est poussé par une tête et un corps plus épais, tous deux non érosifs. L’incorporation s’accompagne d’une augmentation de distance de parcours de l’ordre de 10-30% en fonction du taux d’incorporation, qui dépend de la quantité de matière affouillable disponible sur le volcan avant l’éruption. Ces résultats montrent que l’érosion peut avoir un rôle majeur sur les zones impactées par les PFs, et soulignent l’importance de prendre en compte cette capacité lors de la définition de l’aléa, ainsi que pour les études futures. / Pyroclastic flows (PFs) are hot mixtures of gas and particles that represent the most deadly volcanic hazard. To protect the populations, it is necessary to work on precise risk maps, which require having a deep knowledge of these phenomena. However, the causes and consequences of erosion and incorporation of non-juvenile material during PFs emplacement remain poorly known. This thesis aims at characterizing the erosive capacity of pyroclastic flows, defining erosion mechanisms and quantifying their impact on eruptive budgets and associated hazards. Here, we focus on small-volume PFs and use an approach based on field and textural investigations coupled with numerical modeling of PFs emplacement. The August 2006 PF-forming eruption of Tungurahua volcano (Ecuador) is used as a case-study for this work.An original method, based on high-resolution, stereologically-corrected image analyses, detailed textural analyses of PFs deposits and mass budget, enables determining the grain size distribution and the componentry of PFs products along their entire clast size range. Volume calculation and mass budgets show that about 50 wt. % of the whole deposit consists of non-juvenile materials incorporated during PFs emplacement, and mostly coming from the upper part of the volcano. The slope is a prevailing parameter that controls PFs erosive power. Eruptive budgets support a VEI 3 event (0.09 km 3 ) for the 2006 eruption of Tungurahua and highlight the importance of separating juvenile from non-juvenile material. Detailed analyses of deposits’ componentry suggest a strong dynamic density-driven segregation of the clasts during PFs emplacement, associated with sedimentation rates of ≈10 cm.s -1 . Lateral variations of lithological, grain size, and morphological data demonstrate the occurrence of componentry-driven clast fragmentation and abrasion processes. Massive components (e.g. old lavas) are the main grinding agents of scoriaceous components (e.g. bombs). During emplacement, these processes continuously create fine grained populations, which are transferred from the main dense flow to pyroclastic surge or Co-PF cloud. Numerical models of erosive PFs based on a new erosion law integrated into VolcFlow code show the ability of plastic rheology to reproduce natural erosion patterns of PFs. The erosion is produced by dynamic variations of normal stress / shear stress ratio during emplacement, due to thickness unsteadiness during flow deceleration. The thin, highly frictional and erosive front of PFs pulses is pushed by the thicker and non-erosive head and flow body. Incorporation implies longer PFs runouts of about 10-30%, depending on the amount of incorporated material, which is related to the quantity of erodible material available on the volcano’s flanks before the eruption. These results show that erosion has a significant role on PFs runouts, and thus in hazard assessment, which should be closely taken into account in future works.

How people pereceive the risks associated with natural hazards contributes to their willingness to take protective action. Such action may be constrained by prevailing socio-economic and place-specific conditions that restrict or inform the choice of protective measures available to the individual. Vulnerability to the impacts of extreme geophysical events increases when the range of alternatives is limited or misinformed. Many evacuees from a potentially violent volcanic eruption in Ecuador returned to their home town of Banos while it was still under an evacuation order in 2000 and considered to be a high risk area by officials. The research examined four main questions: (1) What economic conditions confronted Baños evacuees? (2) What political or other social events occurred while they were evacuated that limited their perceived range of options? (3) What information was available about prior eruptions of the volcano and other local natural hazards? and (4) What were the characteristics of the economic base of Baños? These questions were investigated using data from interviews with evacuees, government and non-governmental officials, census and other statistical information, scholarly texts and newspaper reports. The research suggests that economic conditions made it extremely difficult for people to relocate to other communities. When a violent eruption did not occur immediately, and few direct impacts of the eruptions were experienced in Baños, many people chose to return home in an effort to reestablish themselves economically. These people perceived the volcano hazard in Baños to be far less threatening than the economic destitution associated with evacuation. This perception may have been influenced by factors other than the socio-economic context, including efforts of political leaders and tourist business owners to effect the town's economic recovery. These efforts included an aggressive publicity campaign that minimized the risk posed by the volcano. Besides encouraging tourists to return, the campaign also encouraged evacuees to do so. Finally, among some residents, religious beliefs may have contributed to perceptions that they would not be harmed in the event of an explosive eruption.

[EN] Summary Water is a determining factor in all aspects of human life and the balance and integrity of the natural environment. Water is a vital natural resource and it is imperative to deepen research that allow us to understand what factors could affect its availability on the planet. In particular, we considered through this thesis, identify the direct relationship between the effects of a volcanic eruption process and behavior of rainfall in a watershed and, from these data, construct a stochastic time series methodology precipitation to incorporate the variable effects of the volcanic eruption. Historical references and specialized studies raise preliminary findings on the effects of large volcanic eruptions and even global impacts at regional level as a result of the expulsion of large ash plumes on the atmosphere that achieve change not only the temperature but also cause variations in the precipitation patterns. Locally, however, there are few studies that suggest the relationship between these two natural phenomena. Cordillera of the Andes has a great influence of Ecuador's climate and geographic diversity, as well as the the availability of the water resources. Within the Andes, several volcanoes that exist and have constant activity, has been affecting people lives health and causing significant effects on the environment and weather conditions of the territory. As a specific case, Tungurahua volcano restarted its volcanic activity in 1993 after 80 years of rest. This natural phenomenon marks a milestone in the field of volcanology and geology in Ecuador for the information and discoveries achieved that have been used for evacuation alerts of the citizens living near the regions. The continuous process of eruption of Tungurahua volcano reflects a good case-scenario for this research to assess the relationship between precipitation and the effects of volcanic activity levels. The constant activity allowed the ability to monitor Tungurahua over more than fifteen years, and also to provide enough data to perform statistical analysis of both rainfall series and sulfur dioxide SO2 concentration levels series. This research consists of six chapters describing the two natural phenomena, precipitation and volcanic eruption. A method is proposed to assess a relationship between variable volcanic eruption stochastic models from a precipitation time series. / [ES] Resumen El agua es un factor determinante en todos los aspectos de la vida del ser humano y en el equilibrio e integridad del entorno natural. El agua es un recurso natural vital y resulta imperativo profundizar en investigaciones que nos permitan comprender qué factores pueden afectar su disponibilidad en el planeta. Particularmente, nos planteamos a través de la presente tesis doctoral, identificar la relación directa entre los efectos del proceso eruptivo de un volcán y el comportamiento de las precipitaciones en una cuenca hidrográfica y, a partir de estos datos, construir una metodología estocástica de series temporales de precipitación que incorpore la variable de efectos de la erupción volcánica. Referencias históricas y estudios especializados plantean conclusiones preliminares sobre los efectos de grandes erupciones volcánicas a nivel global e incluso impactos a nivel regional como resultado de la expulsión de extensas plumas de ceniza sobre la atmósfera que logran modificar no solo su temperatura sino que provocan variaciones en los patrones de precipitación. A nivel local, sin embargo, existen pocos estudios que plantean la relación entre estos dos fenómenos naturales. En el Ecuador, su diversidad climática, geográfica y disponibilidad de recursos hídricos recibe una influencia directa de la Cordillera de los Andes que constituye un factor determinante en su topografía y el clima en las tres regiones. En la cordillera coexisten varios volcanes que han presentado actividad eventual o continua afectando no solo la vida de la población, sino provocando efectos importantes para el entorno y para las condiciones meteorológicas del territorio. En el caso concreto del volcán Tungurahua, su actividad se reinicia en 1993, luego de 80 años de reposo. Este fenómeno natural marca un hito histórico en el campo de la vulcanología y la geología ecuatoriana, por la información y resultados técnicos alcanzados y que son utilizados para precautelar vidas humanas a través de las respectivas alertas de evacuación. El proceso continuo de erupción del Tungurahua se convierte en el escenario ideal para la aplicación de una investigación sobre la relación entre precipitación y efectos de actividad volcánica, pues permite contar con abundantes registros de monitoreo generados a lo largo de más de quince años de actividad permanente, lo que proporciona validez al análisis estadístico, tanto de las series pluviométricas como las series de concentración de SO2. La presente investigación se desarrolla en seis capítulos que describen los dos fenómenos naturales y plantea una metodología para identificar una relación a través de un modelo estocástico de series de precipitación que incorpore la variable del efecto de erupción volcánica. / [CA] Resum L'aigua és un factor determinant en tots els aspectes de la vida del ser humà i en l'equilibri i integritat de l'entorn natural. L'aigua és un recurs natural vital i resulta imperatiu aprofundir en investigacions que ens permeten comprendre quins factors poden afectar la seua disponibilitat en el planeta. Particularment, ens plantegem a través de la present tesi doctoral, identificar la relació directa entre els efectes del procés eruptiu d'un volcà i el comportament de les precipitacions en una conca hidrogràfica i, a partir d'estes dades, construir una metodologia estocástica de sèries temporals de precipitació que incorpore la variable d'efectes de l'erupció volcánica. Referències històriques i estudis especialitzats plantegen conclusions preliminars sobre els efectes de grans erupcions volcàniques a nivell global i inclús impactes a nivell regional com resultat de l'expulsió d'extenses plomes de cendra sobre l'atmosfera que aconseguixen modificar no sols la seua temperatura sinó que provoquen variacions en els patrons de precipitació. A nivell local, no obstant això, hi ha pocs estudis que plantegen la relació entre estos dos fenòmens naturals. En l'Equador, la seua diversitat climàtica, geogràfica i disponibilitat de recursos hídrics rep una influència directa de la Serralada dels Andes que constituïx un factor determinant en la seua topografia i el clima en les tres regions. En la serralada coexistixen uns quants volcans que han presentat activitat eventual o contínua afectant no sols la vida de la població, sinó provocant efectes importants per a l'entorn i per a les condicions meteorològiques del territori. En el cas concret del volcà Tungurahua, la seua activitat es reinicia en 1993, després de 80 anys de repòs. Este fenomen natural marca una fita històrica en el camp de la vulcanologia i la geologia equatoriana, per la informació i resultats tècnics aconseguits i que són utilitzats per a precaucionar vides humanes a través de les respectives alertes d'evacuació. El procés continu d'erupció del Tungurahua es convertix en l'escenari ideal per a l'aplicació d'una investigació sobre la relació entre precipitació i efectes d'activitat volcànica, perquè permet comptar amb abundants registres de monitoreo generats al llarg de més de quinze anys d'activitat permanent, la qual cosa proporciona validesa a l'anàlisi estadística, tant de les sèries pluviomètriques com les sèries de concentració de SO2. La present investigació es desenrotlla en sis capítols que descriuen els dos fenòmens naturals i planteja una metodologia per a identificar una relació a través d'un model estocástico de sèries de precipitació que incorpore la variable de l'efecte d'erupció volcànica. / Rios Garcia, I. (2016). Incorporación de los efectos de erupciones volcánicas en modelos estocásticos de precipitación en cuencas hidrográficas. Caso del volcán Tungurahua en la microcuenca del río Ambato [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64064

Les laves d'arc ont une géochimie complexe du fait de l'hétérogénéité des magmas primitifs et de leur transformation dans la croûte. L'identification des magmas primitifs dans les arcs continentaux est difficile du fait de l'épaisseur de la croûte continentale, qui constitue un filtre mécanique et chimique à l'ascension des magmas. En Équateur, cette problématique est particulièrement critique du fait de la grande épaisseur de la croûte (≈ 50-60 km) et de la rareté des magmas primitifs arrivant en surface. Cette thèse a pour but de déterminer la composition des liquides primitifs dans l'arc équatorien, à l'échelle de l'arc entier, et à celle de deux édifices volcaniques : le Pichincha et le Tungurahua. Elle vise également à mieux comprendre comment ces liquides primitifs évoluent à travers la croûte continentale. En Équateur, le pendage, le relief et l'âge de la plaque plongeante varient du nord au sud de l'arc. Ainsi, la première partie de la thèse aborde la question de l'influence de ces paramètres sur la géochimie des magmas, via une étude sur roches totales couvrant la totalité de l'arc. Elle confirme les variations géochimiques décrites à travers l'arc par les études précédentes : augmentation de la teneur en éléments incompatibles et diminution de l'enrichissement en éléments "mobiles" d'est en ouest. L'étude identifie des variations géochimiques le long du front volcanique (e.g., rapport Ba/Th), liées au changement de nature des fluides métasomatiques, qui sont aqueux au centre de l'arc (environ 0,5°S) et silicatés au Nord et possiblement au Sud. Ce changement est attribué à la jeunesse du plancher océanique dans le nord de l'arc, qui pourrait promouvoir la fusion de la plaque plongeante. Enfin, il semble que la contamination par la croûte inférieure augmente vers le sud du front volcanique. Dans un deuxième temps, les produits émis par le Tungurahua lors de ses derniers 3000 ans d'activité sont étudiés. À cette échelle de temps, les paramètres tectoniques de la première étude sont constants. Ce travail détaille le rôle de la croûte dans la production des magmas différenciés, qui sont systématiquement associés à des éruptions plus explosives. Elle conclut que les andésites ont des compositions isotopiques hétérogènes (206Pb/204Pb = 18,834 - 19,038), acquises en profondeur (manteau ou croûte inférieure), qui se restreignent lors de la différenciation des andésites en dacites (206Pb/204Pb = 18,965 - 19,030), par cristallisation fractionnée et assimilation de la croûte supérieure locale (7-9 %). Enfin, la troisième partie de la thèse se focalise sur l'hétérogénéité des magmas primitifs. Des études sur minéraux individuels ont été effectuées au Pichincha et au Tungurahua, et montrent que la majorité des minéraux sont en déséquilibre avec la roche hôte (jusqu'à 8600 ppm en 206Pb/204Pb). Au Pichincha, la diversité des minéraux échantillonnés permet d'identifier la diversité des liquides mantelliques (206Pb/204Pb = 18,816 - 19,007), qui s'alignent dans les espaces Pb-Pb. Comme dans le cas des roches totales du Tungurahua, l'assimilation crustale écrase cette diversité isotopique lors de la différenciation des liquides primitifs, dont la signature n'est pas préservée dans les roches. Au Tungurahua, les minéraux individuels montrent que l'hétérogénéité des signatures est acquise en profondeur. L'analyse de deux lots d'olivines met en évidence une signature radiogénique dans les liquides primitifs du Tungurahua, interprétée comme la présence de croûte délaminée dans la source mantellique du Tungurahua. Enfin, l'étude de lots d'olivines provenant de sept volcans équatoriens montre qu'il n'existe pas de signature primitive unique dans l'arc. La totalité de l'hétérogénéité isotopique des magmas est héritée du manteau (206Pb/204Pb = 18,583 - 19,000). Les compositions des liquides primitifs sont ensuite déviées par la contamination crustale, dans la majorité des cas, vers des signatures plus radiogéniques. / Arc lavas display a complex geochemistry resulting from the heterogeneity of primitive magmas and their transformation within the crust. Identifying primitive magma compositions in continental arcs is challenging because continental crust is thick and acts as a mechanical and chemical filter for ascending magmas. This issue is particularly criticial in Ecuador owing to the great thickness of the continental crust (≈ 50-60 km) and the scarcity of erupted primitive magmas. This thesis aims to determine the composition of primitive silicate melts in the Ecuadorian arc, on the scale of the whole arc, as well as on the scale of two volcanic edifices: the Pichincha and the Tungurahua. This study also intends to better understand how those primitive melts evolve during their journey through the continental crust. In Ecuador, slab dip, relief and age change from north to south. Hence, the first part of the PhD focuses on the influence of those parameters on magma geochemistry, through a whole rock study covering the entire arc. It confirms the across-arc geochemical variations described by previous studies: an increase of incompatible element contents and a decrease of fluid-mobile over fluid-immobile element ratios from west to east. We identify along-arc geochemical variations in the volcanic front (e.g. Ba/Th), related to the changing nature of metasomatic fluids, which are aqueous fluids at the centre of the arc (around 0.5°S) and silicate melts to the north and probably to the south. This change may be due to the subduction of a younger and warmer oceanic crust to the north, which might promote slab melting. Lastly, it seems that deep crustal contamination increases towards the south of the volcanic front. Secondly, volcanic products emitted for the last 3,000 years at Tungurahua are studied. On this timescale, the tectonic parameters of the first study are constant. This work details the role of continental crust in the production of differentiated magmas, which are systematically associated with more explosive eruptions. We conclude that andesites have heterogeneous isotopic compositions (206Pb/204Pb = 18.834 - 19.038), acquired at depth (mantle or deep crust), that homogeneize through andesite differentiation to dacite (206Pb/204Pb = 18.965 - 19.030) by fractional crystallization and assimilation of the local upper crust (7-9 %). Lastly, the third part of the PhD focuses on the heterogeneity of primitive magmas. We study individual minerals from Pichincha and Tungurahua volcanoes and show that most minerals are in disequilibrium with their host rock (up to 8,600 ppm for 206Pb/204Pb). The diversity of Pichincha minerals allows the identification of mantle melt diversity (206Pb/204Pb = 18.816 - 19.007), with compositions forming a tight trend in Pb-Pb isotope spaces. As for Tungurahua whole rocks, crustal assimilation erases the diversity of primitive melt isotope signatures through differentiation, so that primitive melt signatures are not preserved in whole rock samples. At Tungurahua, individual minerals show that the heterogeneity of isotope compositions is acquired at depth. The analysis of two olivine fractions reveals the existence of a radiogenic signature in the mantle source of Tungurahua volcano, interpreted as the presence of delaminated crust within the mantle beneath its edifice. Finally, olivine fractions from seven Ecuadorian volcanoes highlight the fact that no unique primitive signature exists in the arc. Isotopic heterogeneity is entirely inherited from the mantle (206Pb/204Pb = 18.583 - 19.000). Primitive melt compositions are then shifted by continental crust contamination which, in most cases, results in more radiogenic signatures.

Mémoire de DEA : Sociologie : Paris 3 : 2005. / Bibliogr. f. 124-132.

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.