L’éruption d’avril 2007 du Piton de la Fournaise (Île de la Réunion, Océan Indien) a été marquée par les plus gros volumes de lave émis de ces deux derniers siècles, ainsi que par l’effondrement du cratère sommital (le Dolomieu) sur plus de 300 mètres de haut. Des données d’interférométrie radar (InSAR) montrent que les déplacements associés à cette éruption sont inhabituels pour deux raisons : (1) ils ont affecté l’ensemble de l’enclos Fouqué durant l’éruption, (2) deux motifs de déformation ont persisté plus d’un an après la fin de l’éruption. Le premier résulte d’une subsidence centripète du cône central et le second d’un glissement vers l’est du flanc est du volcan. Une méthode, appelée tomographie de déplacements, a été développée pour modéliser les déplacements, basée sur une discrétisation du sous-sol en sources unitaires, et sur la minimisation de deux fonctions coût. Elle permet de trouver une répartition compacte des variations de volume des sources unitaires permettant de reproduire au mieux les déplacements observés. En parallèle, la procédure NA-MBEM, une méthode de modélisation basée sur la combinaison d’un modèle numérique (MBEM) et d’une inversion de type Monte Carlo (NA), a été modifiée pour diminuer le temps de calcul nécessaire à l’obtention d’un bon modèle, et nous montrons que l’utilisation de données temporellement interpolées permet d’améliorer les résultats d’inversion. L’application des deux méthodes de modélisation aux données de déplacements de l’éruption d’avril 2007, montre que durant la période post-éruptive, la subsidence du cône central est provoquée par une source localisée de manière superficielle sous le cône central. Cette source est interprétée comme un système hydrothermal en déflation, dont le drainage aurait été amorcé par l’effondrement du Dolomieu. Les déplacements du flanc est seraient dus à deux sources différentes, toutes les deux superficielles et parallèles à la topographie. L’une est interprétée comme un réservoir temporaire en cours de vidange durant la fin de l’ éruption, et l’autre comme un niveau de glissement sur lequel glisserait le flanc est. Enfin, nous proposons un modèle préliminaire des déplacements ayant eu lieu durant l’éruption, ainsi qu’un scénario de la succession de tous les événements à l’origine des déformations enregistrées entre le 30 mars 2007 et juin 2008. / The April 2007 eruption of Piton de la Fournaise (Réunion Island, Indian Ocean) was characterised by the largest lava emission in the past two centuries, and by a 300 m deep caldera collapse at the summit craters (the Dolomieu). Synthetic aperture radar interferometry (InSAR) data show complex displacements associated with this eruption, which are unusual for two reasons : (i) the whole Enclos Fouqué was affected during the eruption, (ii) two deformation patterns persist more than one year after the end of the eruption. The first signal results from subsidence of the summit area, and the second from a sliding of the volcano’s eastern flank towards the East. A method, called displacement tomography, was developed to model these displacements. It is based on discretization of the volcano’s interior into unitary sources, and on a minimisation of two cost functions to find a compact repartition of the volumetric variations of these sources, which best reproduce the observed displacements. On the other hand, the NA-MBEM procedure (a modelling procedure based on a combination of a fully 3D boundary element method and a Monte Carlo inversion procedure), was improved to reduce the necessary computational time to obtain satisfying results. Furthermore, we show that temporal interpolation of the data improves the inversion results. The application of both modelling methods on the April 2007 displacement data, shows that during the post-eruptive period, the subsidence of the central cone is caused by a shallow source, located under the cone. This source is interpreted as a deflating hydrothermal system, whose drainage could have begun during the Dolomieu collapse. The eastern flank displacements could be the consequence of two sources, both shallow and parallel to the topography. The first one is interpreted as a temporary magma chamber, which is emptying during the end of the eruption. The second one is interpreted as a layer on which the eastern flank was sliding. Finally, we propose a preliminary model of the displacements that occurred during the eruption, and a scenario of the successive events causing the displacements recorded between March 30, 2007, and June 2008.

Ce travail de thèse a porté sur différents aspects de la prédiction des éruptions. La première partie, basée sur une approche statistique de l'information, nous a permis d'aborder la prédictabilité des éruptions de façon globale, et d'avoir une vision intégrée, à différentes échelles, de la dynamique éruptive. La dernière partie basée sur une approche déterministe du signal, nous a emmené de façon plus indirecte vers la prédiction des éruptions par le biais de l'analyse et la modélisation des comportements éruptifs d'un unique volcan à travers la sismicité. Ce travail de thèse nous a donc permis de traverser plusieurs échelles de temps et d'espace, en partant de la plus large, la Terre dans sa globalité, pour se concentrer ensuite sur le cas d'un volcan unique, le Piton de la Fournaise et finalement se focaliser sur une propriété spécifique de la sismicité du Piton de la Fournaise à travers la détermination des mécanismes source. Dans un premier temps, une analyse descriptive des propriétés statistiques de la dynamique éruptive à l'échelle mondiale et l'apparition de lois puissances à différentes échelles nous ont permis de relier la dynamique des éruptions à celle d'un système critique auto-organisé, justifiant de la difficulté rencontrée à prédire les éruptions de façon déterministe et de la nécessité de se tourner vers les méthodes statistiques. L'étude à l'échelle mondiale des lois d'Omori retrouvées pour la sismicité autour des éruptions, ainsi que l'analyse des propriétés de ces lois d'Omori en fonction de la taille des éruptions, suggèrent que l'énergie d'endommagement et de relaxation dans la croûte est distribuée en loi puissance autour des éruptions, mais avec des coefficients de chargement et de relaxation différents de la sismicité tectonique classique, et donc dépendant des processus qui génèrent l'endommagement. En zoomant sur trois observables du Piton de la Fournaise (sismicité, déformation et variations de vitesse sismique), nous avons montré que les comportement respectifs des observables imagent les différentes étapes du processus éruptif, pour différentes échelles de temps et d'espace. L'analyse des comportements pré-éruptifs et l'utilisation de méthodes de "pattern recognition" ont permis de mettre en évidence l'apport de la combinaison des informations des différents précurseurs dans l'amélioration des résultats de prédiction. Enfin, l'analyse plus spécifique et déterministe des mécanismes source au Piton de la Fournaise, à partir d'une méthode développée pour le contexte particulier d'une sismicité de magnitude très faible en milieu fortement hétérogène, a permis de mettre en évidence l'apparition de trois familles d'événements similaires. Deux de ces familles peuvent être interprétées comme l'ajustement du milieu au passage du dyke, la troisième famille correspondant à la signature de l'interaction entre les fluides et l'édifice volcanique au niveau du toit de la chambre magmatique. / This PhD work focused on several aspects of the eruptions prediction. It allowed us to consider different space scales from global scale to a single volcano, Piton de la Fournaise, through statistical approaches. We then focused more specifically on the volcano-seismicity associated to its eruptive processes, using deterministic methods. First, we analyzed the statistical properties of the eruptive dynamics at the global scale. The emergence of recurrent power laws allowed us to relate the eruptive dynamics to the SOC systems, thereby attesting for the difficulty to predict eruptions by means of deterministic methods. At the global scale, the study of the Omori-law found for eruptions foreshocks and aftershocks, along with the analysis of the parameters of those Omori laws given the size of eruptions, suggests that the damage and relaxation energy in the crust around eruption time and location is power-law distributed. However, the loading and relaxation coefficients are found different than for classical tectonic seismicity, thereby attesting their dependency to the damage processes. When zooming on three observables of Piton de la Fournaise volcano (seismicity, deformation and seismic velocity changes), me showed in a third part that the respective behaviors of the three observables respond to the different steps of the eruptive process, at different time and space scales. The analysis of the pre-eruptive behaviors of those forerunners under pattern recognition techniques enhanced the optimization of the prediction results by combining simultaneously their pre-eruptive information. Lastly, we performed a specific and deterministic study of the volcano-tectonic seismicity of Piton de la Fournaise through the assessment of the source mechanisms of the volcano-tectonic seismicity. Given the complexity of volcanic context, we developed a method to retrieve the source mechanisms of small and high-frequency seismic signals. Using this method three main families of events with different locations and times of occurrence emerge. Two of them may be interpreted as the readjustment of the crust during dyke opening whereas the third family is interpreted as the signature of fluids-rock interactions at the top of the magma Storage zone.

La télédétection ouvre des perspectives nouvelles pour l’étude et la surveillance des volcans. Dans le cadre de cette thèse, différentes approches ont été abordées. L’imagerie satellite optique et thermique permet d’avoir une vue synoptique sur une large surface. La compréhension des changements d’état de surface est particulièrement importante dans le suivi de l’activité des volcans actifs. Plusieurs questions se posent : • Quels avantages offrent les satellites optiques d’observation de la Terre pour les calculs des volumes de lave émis ? • Quelles sont leurs limites ? • Les calculs de débits réalisés par télédétection sont-ils fiables ? • Quel est l’intérêt d’une approche multi-outils et multi-source ? Ces questions ont été abordées en prenant le Piton de la Fournaise pour cible. Plusieurs méthodes ont été mises en oeuvre et testées : 1) L’extraction automatique des contours de coulées de lave, 2) la création de modèle numérique d’élévation (MNE) par imagerie satellite, 3) le calcul de débits à partir d’images thermiques, 4) le suivi post éruptif d’une coulée par la modélisation de son refroidissement et la mesure des déformations observées in-situ. La plus-value de ce travail est la capacité de valider les résultats des modèles issus de la télédétection par des mesures in situ du fait de la proximité des sites étudiés. L’utilisation de ces techniques a permis d’obtenir des débits moyens d’écoulement des laves pour plusieurs éruptions et de suivre l’évolution topographique du volcan et de ses grandes structures. Les mesures thermiques par satellite fournissent le moyen de contraindre les variations du débit des éruptions dans le temps, tandis que les MNE ont permis d’obtenir un volume total dans le cas de coulées présentant de fortes épaisseurs. Grâce à ces techniques, il a été possible de définir deux types d’éruptions avec des évolutions semblables à celles observées sur différents volcans comme l’Etna (Italie) ou le Krafla (Islande). Les problèmes de nébulosité étant récurrent sur notre zone d’étude, la complémentarité des techniques est particulièrement intéressante pour obtenir une information fiable. Toutes les techniques utilisées dans cette thèse sont applicables à d’autres volcans ou à d’autres thématiques. / Remote sensing opens new perspectives for the study and monotoring of volcanoes. In this thesis, different approaches were discussed. optical and thermal satellite imagery provides a synoptic view over a wide area. The understanding of surface state changes is particulary important in the monotoring of the activity of active volcanoes. Several, questions arise: • What advantages offer optical observation satellites of the Earth for calculations of lava volumes issues? • What are their limits? • Calculations of flow by remote sensing are reliable? • What is the interest of a multi-tool and multi-source approach? These issues were addressed by taking the Piton de la Fournaise to target. Several methods have been implemented and tested: 1) automatic extraction of the contours of flows of lava, 2) the cretion of numerical model of elevation (DEM) imaging satellite, 3) the calculation of flows from thermal images, 4) follow-up post eruptive flow modelling of cooling and the observed deformations in-situ measurement. The added value of this work is the ability to validate the results of remote sensing measurements from models because of the proximity of the sites studied in situ. The use of these techniques to obtain the average flow rates of lavas to several eruptions and follow topographic evolution of the volcano and its large structures. Satellite thermal measurements provide the means of forcing changes in the flow of eruptions over time, while Dems helped to obtain a total volume in the case of flows with high thicknesses. With these techniques, it was possible to define two types of erutions with changes similar to those observed on different volcanoes.

Les volcans bouclier basaltiques se déforment sous leur propre poids, tout particulièrement en période d'éruption. À Hawaii, cette déformation co-éruptive est en majeure partie expliquée par un plan de décollement à la base des édifices, dont le glissement serait associé à la force de poussée des intrusions dans les «rift zones» (i.e. concentration de dykes subverticaux dans les zones de faiblesse de l'édifice). Cependant, cette explication n'est pas valable pour beaucoup d'autres volcans basaltiques, où l'existence d'un décollement est peu probable. Nous avons profité de l'incision intense du Piton des Neiges (La Réunion) par l'érosion pour observer la structure interne d'un volcan basaltique, et comprendre, par le terrain et la modélisation numérique, comment la déformation d'un tel édifice s'articule avec son activité magmatique. Notre étude structurale révèle que trois populations d'intrusions perpendiculaires (deux subverticales et une subhorizontale) coexistent, et que les principales zones de faiblesses sont des «sill zones» (i.e. concentrations d'intrusions subhorizontales), Parallèlement, notre étude des déformations, essentiellement cassantes, révèle que deux extensions perpendiculaires dominent dans l'édifice, avec l'apparition de régimes localement décrochants et même compressifs à proximité des sill zones. Les directions de déformations et les directions d'intrusions sont compatibles et coïncident aussi avec la direction d'écoulement des grandes avalanches de débris qui ont affectée le Piton des Neiges au cours de son histoire. À partir de ces données de terrain, nous proposons un modèle de déformation du Piton des Neiges où les intrusions dans l'édifice génèrent des cycles de permutations de contraintes. Le stade ultime de chaque cycle serait la mise en place de sills en régime compressif. En testant numériquement l'effet de telles injections sur la déformation d'un édifice, nous montrons que les sills peuvent être un facteur majeur d'instabilité, capable de conduire à des déstabilisations de flanc telles que les avalanches observées. Notre modèle conceptuel, déduit du terrain et quantifié par la modélisation, constitue ainsi une alternative au modèle de déformation hawaiien, applicable sur des édifices tels que le Piton de la Fournaise (La Réunion), Tenerife (Canaries) et Fernandina (Galapagos). Notre étude démontre enfin l'intérêt essentiel d'étudier les systèmes anciens pour mieux comprendre les volcans actifs. / Basaltic shield volcanoes deform under their own weight, especially during eruptive periods. In Hawaii, this co-eruptive deformation is mainly explained by slip events on a basal decollement plane, related to the forceful intrusion of magma into “rift zones”(i.e. high concentration of subvertical dikes in weakness areas). However, this explanation is not valid on many other basaltic shields where the existence of basal decollements is unlikely. We used the deep incision of Piton des Neiges volcano (La Réunion) to observe the internalstructure of a basaltic shield.By coupling a field work and a numerical study, we aimed at understand how deformation interacts with magmatic activity on such an edifice. Our structural study reveals that three populations of perpendicular intrusions coexist and that the main weakness areas are “sill zones” (i.e. high concentration of low-­dipping intrusions). In parallel, our study of brittle deformation structures shows that two perpendicular extensional stress fields dominate in the edifice and that strike-­slip and compressional regimes appear near sill zones. The directions of deformation are compatible with the orientations of intrusions and are also consistent with the directions of emplacement of large debris avalanches, which occurred on Piton des Neiges during its evolution. From these field data, we propose a deformation model of Piton des Neiges volcano where magma intrusion in the edifice generates cycles of stress permutations. The ultimate stage of each cycle consists in sill intrusion under a compressional regime. The numerical simulations, testing the influence of such injections on edifice deformation, reveal that sills can be major instability factors, capable of triggering large flank collapses. Our conceptual model, inferred from field work and quantified by numerical models, thus constitutes an alternative to the Hawaiian model of deformation, applicable on edifices like Piton de la Fournaise (La Réunion), Tenerife (Canary) or Fernandina (Galapagos). Our study finally demonstrates the essential interest of studying old eroded systems to understand active volcanoes.

Dans le cadre de cette thèse, nous avons cherché à mieux comprendre le comportement des éléments traces – et notamment des éléments légers Li et B – lors des processus de dégazage magmatique par une approche géochimique, basée sur l'analyse de produits volcaniques naturels (laves, gaz, aérosols volcaniques) de deux volcans aux styles éruptifs très contrastés, le Piton de la Fournaise (Réunion) et le Lascar (Chili). Dans un premier temps, cette étude s'est intéressée au rôle des transferts de gaz dans le déclenchement des éruptions majeures et aux échelles de temps impliquées. L'étude des compositions en éléments traces des laves récentes (1998-2008) du Piton de la Fournaise nous a notamment permis d'identifier des anomalies transitoires en éléments volatils (p.e., Li, Cu, B, Tl, Bi, Cd) en début de l'éruption majeure d'avril 2007. La cinétique de fractionnement par diffusion des éléments explique les anomalies observées. Les courts laps de temps nécessaires pour fractionner par diffusion Li par rapport à Cd (minutes à quelques heures) et Bi par rapport à Cd (quelques heures à deux jours) soutiennent l'idée que les magmas ont subi des variations rapides de pression quelques jours avant l'effondrement du cratère du Dolomieu. Dans un second temps, ce travail de thèse a porté sur le dégazage passif du volcan Lascar. Le panache volcanique dilué a été échantillonné au cours de 3 missions d'échantillonnage, menées entre 2009 et 2012, et caractérisé en termes de gaz acides (SO2, HCl, HF) et d’éléments traces. Au cours de ces missions, des mesures de flux de SO2 par DOAS ont également été réalisées. Les données mettent en évidence deux sources principales qui contribuent à l'activité de dégazage observée en surface: un réservoir magmatique profond et un système hydrothermal superficiel. Les contributions des deux sources varient dans le temps en réponse aux changements de l'activité volcanique. Cette évolution temporelle a été démontrée non seulement avec des traceurs répandus comme le SO2 et HCl, mais aussi avec des éléments traces à la fois volatils et très mobiles tel que le B. Pour la détermination des teneurs en B de nos échantillons, nous avons développé une méthode de dosage très précise par dilution isotopique. Appliquées aux laves du Piton de la Fournaise, cette technique nous a permis d'estimer les quantités de B perdues lors des processus de dégazage magmatique (ϵB compris entre 10 et 30%) ainsi que leur dépendance aux conditions de dégazage (continu en système ouvert, processus pré-, syn- et post-éruptifs). Appliquées aux aérosols du Lascar, elle nous a permis de montrer que la volatilité du B est favorisée lors des processus hydrothermaux (interactions gaz-eau, gaz-roche). Enfin, appliquées à des enclaves de péridotites, cette technique nous a permis d'apporter des contraintes nouvelles sur le comportement du B dans le manteau terrestre et d'estimer la teneur en B du manteau primitif (0,26 ± 0,04 ppm). / This study is aimed at better understanding the behavior of trace elements – and notably those of light elements such as Li and B – during magma degassing processes. For this purpose, we used a geochemical approach based on the analysis of fresh lavas and volcanic aerosols from Piton de la Fournaise (Réunion) and Lascar (Chile) volcanoes, respectively. Firstly, this thesis work focused on the role of gas transfers in triggering major eruptions and the time scales involved. Trace element analyses of recent lavas (1998-2008) of Piton de la Fournaise reveal anomalous abundances of volatile elements (e.g., Li, Cu, B, Tl, Bi, Cd) a few days prior to the April 2007 summit collapse. The kinetic (diffusive) fractionation of elements accounts for the observed anomalies. The short time-scales required to fractionate Li from Cd diffusively (minutes to hours) and Cd from Bi (few hours to two days) support the idea that the magmas underwent rapid pressure variations a few days before the summit collapse.Secondly, this study concentrated on the quiescent degassing activity of Lascar volcano. Both major gaseous species and trace element enrichment in gas and aerosols collected in the sustained plume over the period 2009 to 2012 suggest the involvement of two main degassing sources with contrasted geochemical signatures: a deep magmatic reservoir and a shallow hydrothermal system. Contributions from these two dominant sources vary with time in response to changes in volcanic activity. This temporal evolution has been shown not only by well-known tracers such as SO2 and HCl, but also by a trace element both volatile and highly fluid-mobile such as B. To determine the bulk boron concentration of our samples, we have developed a robust low-blank method based on isotope dilution ICP-MS. Applied to lavas of Piton de la Fournaise, this technique allowed us to quantify the amount of B lost during magma degassing (10-30%) and its dependency on degassing conditions. Applied to aerosols of Lascar, it enabled us to show that B volatility is enhanced during hydrothermal processes (gas-water, gas-rock interactions). Finally, applied to fertile peridotite xenoliths, it led us to establish new constraints on the behavior of B during mantle processes and estimate a primitive mantle B content of 0.26 ± 0.04 ppm.

Afin de parvenir à une meilleure compréhension des processus d’évolution des magmas réunionnais, nous avons réalisé une étude ayant pour objectifs principaux : (1) la simulation expérimentale du système d’alimentation du Piton de la Fournaise, à partir d’un matériel de départ de composition typique de Steady State Basalt et dans des conditions de pression, température, fO2 et de teneurs en volatils (H2O, CO2) réalistes ; (2) la détermination de la séquence de cristallisation d’échantillons représentatifs des roches plutoniques réunionnaises de façon à les comparer avec les résultats expérimentaux et (3) l’obtention d’une base de données volcanologiques, pétrologiques et géochimiques significative sur le groupe de laves anormales (« Abnormal Group ») permettant de confirmer son existence dans le système d’alimentation du Piton de la Fournaise. La découverte de verres silicatés ayant des compositions caractéristiques de l’Abnormal Group confirme l’implication de ces magmas dans l’activité éruptive. Toutefois, les roches plutoniques n’enregistrent pour la plupart que des séquences de cristallisation témoignant d’une évolution superficielle des magmas. Cette dernière est simulée de façon satisfaisante par les expérimentations réalisées dans la gamme 0.1 à 50 MPa qui conduisent à des modèles pétrologiques et des pressions de stockage en accord avec les données géophysiques. Les expérimentations à plus forte pression démontrent l’existence de paliers au sein du système d’alimentation qui peuvent en grande partie expliquer les diverses compositions réunionnaises, mais posent la question de la composition des magmas parentaux. / To better understand magmatic processes associated with the evolution of La Réunion magmas, we have carried out a multi-approach study aimed at (1) simulating experimentally the feeding system of the Piton de la Fournaise volcano, using a Steady State Basalt starting material and P-T-fO2-Volatiles (H2O, CO2) conditions compatible with the natural system; (2) determining crystallization sequences representative of La Réunion plutonic rocks for comparison with the experimental results and (3) constructing a volcanological, petrological and geochemical database for lavas of the Abnormal Group, to confirm the existence of Abnormal melts in the feeding system of the volcano. The discovery of glasses having chemical characteristics similar to the Abnormal Group establishes the implication of Abnormal melts in eruptive processes. However, plutonic rocks record crystallization sequences that for the most part indicate a low pressure magmatic evolution. Experiments in the pressure range 0.1 to 50 MPa satisfactorily reproduce conditions in the shallow magmatic systems and lead to petrological models and magma storage depths in agreement with geophysical data. Experiments at higher pressures demonstrate transitions in magma fractionation mechanisms in the feeding system that can explain the range of erupted compositions, but call into question the compositions of parental magmas.

Un des enjeux de la volcanologie réside dans la compréhension du fonctionnement du système de stockage et de transferts magmatiques associés aux éruptions. Au Piton de La Fournaise, cette étude est ici abordée par une analyse croisée des déformations, couplée à des modélisations numériques, et aux données géochimiques de la période 1998-2007. Au sein de cette activité, nous définissons, depuis 2000, un caractère cyclique ; chaque cycle est défini par une séquence d'éruptions sommitales et latérales terminées par une éruption distale à océanite. Ces éruptions successives sont caractérisées par des dykes s'initiant à des niveaux de plus en plus profonds et des laves de plus en plus primitives. Ces cycles durant lesquels l'inflation du cône est continue, pourraient témoigner d'une réalimentation continue du système de stockage superficiel. Ces résultats permettront dans le futur une meilleure prédiction de la localisation des éruptions, selon leur position dans un cycle d'activité.

La gestion des crises volcaniques constitue un sujet d'étude marginal, tous les domaines de recherche confondus. La complexité des phénomènes volcaniques (aléas multiples, incertitudes des prévisions), l'absence de cadre conceptuel et méthodologique établi pour l'étude des crises, les opportunités réduites de vivre des crises volcaniques, et la focalisation des chercheurs en sciences de la Terre sur l'aléa sont autant de raisons qui expliquent ce manque d'engagement. Cette thèse a pour objectif de combler partiellement ces lacunes en capitalisant des analyses sur les modes de gestion des crises. Elle propose ainsi des RETours d'Expérience sur la gestion de crises éruptives survenues en mai 2006 au Karthala (Grande Comore), et en avril 2007 au Piton de la Fournaise (La Réunion). S'y ajoute un RETEX sur la gestion des lahars consécutifs aux éruptions explosives de 2005 en Grande Comore. Ces cas d'étude reposent sur le vécu direct des crises analysées, puis sur un travail d'enquête auprès des autorités, scientifiques, médias et populations. Ils mettent entre autres en évidence un manque caractérisé de moyens, d'information et de formation de l'ensemble des acteurs sur les deux îles. Les causes profondes des facteurs de dysfonctionnement sont ensuite recherchées. L'analyse révèle le poids des composantes humaines, culturelles, politiques, socioéconomiques et territoriales dans les réponses apportées face aux crises. Enfin, cette thèse propose des outils et des approches pour améliorer la gestion des crises sur les deux îles. / Volcanic crisis management is a marginal study subject, whatever the research field. The complex nature of volcanic phenomena (multiple hazards, uncertainty of forecast), the lack of conceptual and methodological frameworks to study such crises, the reduced opportunities of experiencing volcanic crises, and the fact that Earth scientists focus on the hazard are all the reasons behind this lack of commitment. The objective of this thesis is to make up for some of these shortcomings by building up information on ways to manage crises. It provides post-crisis analysis about the management of the eruptive crisis of May 2006 at Karthala volcano (Grande Comore), and of April 2007 at the Piton de la Fournaise (La Reunion island). It also contains another analysis about the management of lahars subsequent to the explosive eruptions in 2005 in Grande Comore. These study case on personal experiences of analysed crises, then on investigations undertaken with local authorities, scientist, media and population. They highlight, amongst other things, a blatant lack of resources, information and training of all agents on both islands. The cause for such dysfunctioning factors are looked into. The analysis reveals the importance of human, cultural, political, socioeconomic, and territorial components in responding to crises. Finally, this thesis suggests tools and approaches to improve crisis management on both islands.

L'étude des volcans basaltiques a démontré l'importance de leur architecture interne et de leur système intrusif dans le déclenchement de déstabilisations. Découlant d'observations indirectes, les modèles élaborés demeurent néanmoins interprétatifs. À La Réunion, l'importante érosion du Piton des Neiges, en rendant accessible sa structure interne, en fait un atout majeur pour combler ces lacunes d'observation. Ce travail s'est focalisé sur le cirque de Salazie dans le but d'accroitre les connaissances de la structure interne du volcan. Nous proposons ainsi l'existence d'une chambre magmatique litée plurikilométrique située à l'aplomb du cirque de Salazie qui appartiendrait à un édifice plus ancien estimé à plus de 2 Ma. Cette chambre est recoupée par un détachement injecté de plusieurs dizaines d'intrusions basiques et surmonté par une brèche d'avalanche de débris. La déformation cataclasique des minéraux primaires des roches plutoniques du détachement indique que cette structure s'est développée dans le domaine fragile. Une déformation ductile postérieure de basse température (< 250 °C), caractérisé par une cristallisation de chlorite, pumpellyite, zéolite et de calcite s'est ensuite développée dans le détachement. Au toit de la pile de sills, des intrusions sont brèchifiés et disséminés dans la brèche. Une analyse du sill au contact avec la brèche montre l'existence d'une fabrique magmatique asymétrique révélatrice d'un déplacement co-intrusif de l'unité sus-jacente. Ces résultats suggèrent que les volcans basaltiques s'effondrent par déformation le long de plans hydrothermalisés et confirment le rôle majeur des sills dans la déstabilisation des volcans boucliers. / The study of volcanic edifices has shown that both the internal structure and the intrusive system play a role in the initiation of flank destabilization. Arising from indirect observations, the recent models remain interpretative. On Reunion Island, the exceptional erosion of the Piton des Neiges provides a rare access to the inner structure of the basaltic edifice that is propitious to bridge these gaps. Our study focuses on the plutonic rocks outcropping in Mât River (cirque of Salazie) in order to improve our knowledge of the internal structure of Piton des Neiges. Our study allows us to reveal the presence of layered plurikilometric magma chamber under the cirque of Salazie belonging to an edifice older to 2 Ma located to the NNE from the actual summit of the Piton des Neiges. The magma chamber is crosscut by a detachment intruded by tens of basic magmatic intrusions and overlapped by debris avalanche deposits. The cataclastic deformation of primary minerals in the plutonic rocks indicates that the detachment acted as a brittle zone. This is followed by a low temperature ductile deformation (< 250 °C) characterized by crystallization of chlorite, pumpellyite, zeolite and calcite in the detachment zone. At the top of the sill zone, sills are brechified and disseminated in the breccia. The presence of an asymmetric magmatic fabric in the intrusion in contact with the breccia suggests that this sill was emplaced with a normal shear displacement of its hanging wall. These results suggest that deformation of basaltic volcanoes proceeds along hydrothermalized detachments and confirm the major implication of sill intrusions in basaltic volcano flank instability.

Les avalanches de débris, qui résultent du démantèlement des flancs des édifices volcaniques et montagneux, sont des écoulements granulaires rapides et dangereux dont le monteur est la gravité et qui présentent des distances de transport extrêmement importantes. La dynamique de leur mise en place et leurs mécanismes de transport permettant cette très grande mobilité sont des phénomènes qui demeurent encore mal compris. De nombreux modèles existent pour expliquer la grande mobilité des avalanches de débris et incluent des processus basés sur la lubrification ou la fluidification de la masse granulaire mais également sur le phénomène de désintégration dynamique des éléments. Cependant la grande majorité des modèles proposés souffre du manque d’observations de terrain et de quantification de l’évolution des matériaux au cours de leur transport au sein de la masse granulaire. Afin d’identifier les principaux mécanismes de transport des avalanches de débris, nous proposons dans ce travail une étude de terrain détaillée de dépôts d’avalanches de débris volcaniques qui résultent du démantèlement d’un volcan bouclier océanique, le Piton des Neiges (île de La Réunion, océan Indien). L’approche est couplée à un examen morphométrique (dimension fractale et circularité), exoscopique et granulométrique des particules présentes dans les dépôts. Elle est complétée par l’examen de la fabrique des dépôts basée sur l’anisotropie de la susceptibilité magnétique (ASM). Les données obtenues nous permettent de mettre en évidence une évolution de la dynamique de transport et de mise en place des dépôts d’avalanches de débris depuis les zones sources jusqu’aux domaines de dépôt distaux. On montre également que la désintégration dynamique et le gonflement dispersif qui l’accompagne opèrent tout au long du transport et à toutes les échelles au-dessus d’une limite inférieure de broyage à 500 μm. En dessous de cette limite, la réduction granulométrique résulte uniquement de processus d’attrition par friction entre les particules. La grande mobilité des avalanches de débris pourrait ainsi être expliquée par l’effet combiné de la libération d’énergie élastique par la désintégration dynamique des particules > 500μm et par une réduction de la friction interne à la matrice liée aux interactions dispersives des particules fines (< 500 μm). L’ensemble des données permettent également de préciser les directions de transport et l’ampleur des avalanches de débris liées aux déstabilisations du massif du Piton des Neiges. / Debris avalanches, resulting from flank collapses that shape volcanic and mountainous edifices are rapidand dangerous gravity-driven granular flows that travel long run out distances. The dynamic and the transport mechanisms behind this high mobility remain poorly understood. The numerous models proposed to explain this high mobility include processes based on lubrication or fluidisation of the granular mass of the flow body, but also the dynamic disintegration of the transported particles. To date,all these proposed mechanisms lack observational support and quantification of the state of the particles of the granular mass during the transport. To identify the main transport mechanisms, we propose here detailed field studies of volcanic debris avalanches deposits resulting of flank-collapse events on an oceanic shield volcano, the Piton des Neiges (La Réunion Island, Indian Ocean). This study has been combined with morphometric (fractal dimension and circularity), exoscopic and grain-size analyses. Moreover, the fabric of the deposits has been investigated by with the characteristics of the anisotropy of the magnetic susceptibility (ASM). From these data we highlight a proximal to distal evolution of the debris avalanches transport and emplacement dynamics. We demonstrate that syn-transport dynamic disintegration continuously operates with the distance from the source down to a grinding limit of 500μm. Below this limit, the particle size reduction exclusively results from the attrition of the particles by frictional interactions. Thus, the exceptional mobility of debris avalanches may be explained by thecombined effect of elastic energy release during the dynamic disintegration of the larger clasts (> 500μm) and frictional reduction within the matrix due to the dispersive interactions between the finer particles (< 500 μm). All these data also allow to specify the transport direction and the approximate size of the debris avalanches related to the Piton des Neiges destabilisations.