Ph. D. thesis--University of Reading. / Bibliogr. p. 178-188.

Thèse de doctorat : Géographie : Brest : 2004. / Bibliogr. p. 473-492.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Volcanologie : Clermont-Ferrand 2 : 2005. / Thèse avec publication. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 133-149.

Th. d'Etat--Sci. nat.--Strasbourg, 1991. / Notes bibliogr.

Inaugural-Diss.--Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät--Bonn--Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität, 1993. / Bibliogr. p. 190-200.

Ce manuscrit présente les premiers résultats d'études élémentaires et isotopiques du Zn, du Sr et du Pb, réalisées dans les principaux types d'échantillons liés aux gaz volcaniques (gaz, sublimés, eaux thermales, roches), ainsi que deux nouvelles méthodologies d'échantillonnage des émanations volcaniques. Les variations isotopiques du Zn observées au Merapi suggèrent que les processus de changement de phase (fluides/solides) peuvent provoquer des fractionnements isotopiques significatifs des éléments trace métalliques. L'étude couplée Sr/Pb réalisée à Vulcano indique que les compositions en éléments trace métalliques des fumerolles et des eaux thermales sont influencées par les sources naturelles et anthropiques. Ce travail a aussi permis la mise au point de nouvelles méthodologies d'échantillonnage et d'analyse des gaz et des panaches volcaniques, permettant d'accéder à la composition chimique complète de ces manifestations gazeuses de manière simple et efficace.

Le volcan Arenal présente une activité explosive continue de type strombolien caractérisée par l'effusion permanente de coulées de lave, la formation d'écoulements pyroclastiques et une sismicité intense. Cette activité est suivie depuis 1974 par l'Observatorio Sismologico y Vulcanologico de Arenal y Miravalles (OSIVAM) rattaché à l'Institut Costarisien d'Electricité (ICE). Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié l'activité volcanique de l'Arenal entre 1986 et 2000 à partir des données obtenues par l'OSIVAM que nous avons regroupées en une base de données unique. Nous avons analysé ces informations en nous focalisant sur le comportement du volcan à l'échelle de plusieurs années. Il est actuellement difficile d'établir si les évolutions des paramètres observés reflètent de réelles modifications de l'activité éruptive de l'Arenal. Nous avons mis en évidence les limites du système de surveillance et nous proposons des améliorations.La suite de ce mémoire est une étude de la structure de l'activité sismique réalisée à l'aide de plusieurs réseaux denses de capteurs (triangles, demi-cercles, profils, réseaux en L). A partir des données de deux profils sismiques déployés à l'Est et l'Ouest du volcan, nous avons analysé les effets de la structure sur les signaux sismo-volcaniques. De fortes variations de l'amplitude des pics spectraux sont observées localement le long des profils. Nous avons étudié ces anomalies en utilisant la méthode des rapports spectraux U/V et avons montré que la forme de ces rapports est indépendante du type de signal utilisé. Les résultats mettent en évidence dans certains sites des effets de résonance à des fréquences qui correspondent à celles des amplifications observées. Des fonctions de transfert théoriques des ondes S ont été calculées en chaque site en utilisant des modèles de vitesse obtenus par sismique réfraction. Lorsqu'il existe un contraste d'impédance suffisant entre les couches peu consolidées et les couches plus profondes les rapports spectraux et les fonctions de transfert présentent des pics de même fréquence. Cela montre le lien entre les amplifications observées et la structure géologique. Nous avons également sondé la structure superficielle de l'Arenal en utilisant la méthode d'auto-corrélation spatiale basée sur le calcul de coefficient de corrélation entre station de réseaux semi-circulaires. Nous avons amélioré l'inversion de ces coefficients pour mieux estimer les vitesses de phase des ondes de surface. A l'ouest du volcan, les vitesses des ondes de Rayleigh varient de 765 m s-1 à 1 Hz à 300 m s-1 à 12 Hz et pour les ondes de Love entre 780 et 295 m-1 dans la même bande de fréquence. A l'est, les vitesses des ondes de Raleigh sont comprises entre 1386 et 300 m s-1 et celle de Love entre 1983 et 315 m s-1. Ces courbes de dispersion ont ensuite été inversées pour obtenir des modèles de structure, en tenant compte des connaissances géologiques disponibles. Les modèles de vitesse obtenus sont cohérents avec les résultats de sismique réfraction et les calculs de rapports spectraux. L 'analyse d'enregistrements continus large bande montre une grande variété de comportement du trémor et des explosions volcaniques. Les résultats révèlent notamment l'existence de deux processus de résonance non stationnaires pouvant se produire simultanément mais ayant des caractéristiques spectrales différentes. Cela suggère qu'à certains moments, deux sources de trémor peuvent être actives. Les méthodes auto-régressives utilisées fournissent des mesures robustes et de haute résolution fréquentielle et temporelle de la fréquence des pics spectraux. Elles montrent également que les fréquences et les facteurs de qualité de ces pics varient rapidement au cours du temps, reflétant des évolutions des propriétés physiques des sources sismo-volcaniques..

L’objectif de la thèse est de créer une collection de roches et minéraux analogues pour calibrer et tester les futurs (et existants) instruments de vol, en accord avec la géologie de Mars afin de préparer les futures missions in situ (MSL-2011 et ExoMars-2018). Les échantillons sont caractérisés avec des instruments de laboratoire (microscope, Raman, IR, DRX, MEB, microsonde électronique, et ICP-MS), mais aussi avec des instruments de vol en développement (Mössbauer MIMOS II, les spectromètres ExoMars Raman et IR (MicroOmega)). L’ensemble des échantillons sont décrits sur une base de données en ligne à l’adresse : www.isar.cnrs-orleans.fr. Une partie de cette thèse est dédiée au développement d’un instrument de cathodoluminescence, qui peut être adapté au spatial. L’étude des processus d’altération des basaltes sur Terre montrant des similarités avec les processus de surface et de subsurface présent sur Mars, permet d’aider à mieux comprendre et interpréter les objets sur Mars. Pour cela, et pour compléter la collection, des basaltes altérés dans des conditions hydrothermales et acides ont été collecté dans la mine de Skouriotissa à Chypre. L’évolution minéralogique des basaltes à travers les différents facies d’altération a été étudiée. Parce que les basaltes terrestres sont plus pauvres en Fe et Mg que les basaltes martiens, deux basaltes artificiels ont été synthétisé. Ces deux échantillons sont différents en terme de refroidissement (~110°C/h et trempé). On note que le basalte refroidi lentement montre des textures spinifex similaires aux komatiites. Si ce type de basalte est présent sur Mars, et altéré en présence d’eau, ceci peut avoir d’importantes implications exobiologiques. / In order to prepare for the next in situ missions to Mars (MSL-2011 and ExoMars-2018), the objective of mythesis is to create a collection of relevant analogue rocks and minerals for calibrating and testing future (and existing) space flight instruments, in accordance with the geology of Mars. They were characterized using standard laboratory instrumentation (optical microscopy, Raman, IR, XRD, SEM, electron microprobe and ICP-MS), as well as by flight instrumentation in development (Mössbauer MIMOSII, ExoMars Raman and IR (MicrOmega) spectrometers). All the samples are described in an online database in the following web site: www.isar.cnrs-orleans.fr. A part of this thesis is dedicated to the development of a cathodoluminescence (CL) instrument that could potentially be adapted for space flight. Study of alteration processes of basalts on Earth that show some similarities to surface and subsurface processes occurring on Mars may help understand and interpret martian features. Therefore, to complete the collection, samples of hydrothermal and acidic weathered basalts were collected from the Skouriotissa mine in Cyprus. The mineralogical evolution of the basalt through different alteration facies was studied. Because terrestrial basalts are poorer in Fe and Mg than martian basalts, I synthesized two artificial martian basalts. The two artificial basalts are different in terms of cooling rate (~110°C/h and drop-quenched, >1200°C/h). Interestingly, the more slowly-cooled sample exhibits a spinifex texture, similar to that of komatiites. If similar basalts occur on Mars, such rocks when altered by aqueous processes may have astrobiological implications.

Les îles du bassin caribéen figurent parmi les territoires dans le monde ayant la particularité d’être exposés à tous les types de risque naturel à l’exception du risque d’avalanche. Pourtant, le bilan global quant à leur prise en compte effective reste peu satisfaisant : En effet on constate des lacunes tant au niveau de l’information des populations qu’au niveau des moyens « administratifs et techniques » de réponse au risque. Le risque volcanique en particulier, bien que concernant onze territoires dans les petites Antilles, est relativement « éclipsé » par les autres risques dans les agendas gouvernementaux. Or, les « poudrières » de la Caraïbe sont pour la plupart actives. De plus, du fait de leur exiguïté et de la concentration de populations et d’infrastructures aux abords des volcans ; les territoires insulaires ont une vulnérabilité accrue. Des manifestations violentes peuvent entraîner, comme l’ont montré les cas de la Montagne Pelée en Martinique (1902) et plus récemment celui de la Soufrière Hills à Montserrat (1995 à nos jours), un bilan humain particulièrement lourd. Surtout, même en tempérant le risque de perte de vies humaines grâce à la prévision, une crise volcanique majeure reste synonyme de désastre économique. Le caractère exceptionnel des manifestations volcaniques suffit-il à expliquer ce bilan ? Cette interrogation première nous amène à questionner les mécanismes caractérisant la gestion du risque volcanique dans les Caraïbes insulaires. Notre étude porte ainsi sur les deux crises qui ont été les plus débattues en matière de retour d’expérience : celle de la Soufrière de Guadeloupe en 1976 et celle de la Soufrière Hills de Montserrat, qui a connu son pic en 1997. La comparaison des politiques publiques de gestion des crises étudiées nous permet d’identifier les facteurs orientant la stratégie des autorités compétentes en amont et en aval des crises. / The islands of the Caribbean basin are among the territories in the world having the distinction of being exposed to all types of natural hazard except avalanche risk. However, the overall assessment of their effective consideration remains unsatisfactory: Indeed, there are gaps in both the information of the population and the level of "administrative and technical" means of response to risk. Volcanic risk in particular, although affecting eleven territories in the Lesser Antilles, is relatively "overshadowed" by other risks in government agendas. However, the "powder keg" of the Caribbean are mostly active. Moreover, because of their small size and the concentration of populations and infrastructures around volcanoes; island territories have increased vulnerability. Violent demonstrations can lead, as has been shown in the cases of Mount Pelee in Martinique (1902) and more recently that of the Soufrière Hills in Montserrat (1995 to the present day), a particularly heavy human toll. Above all, even with the risk of loss of life due to the forecast, a major volcanic crisis is synonymous with economic disaster.Is the exceptional character of volcanic events enough to explain this assessment? This first interrogation leads us to question the mechanisms characterizing the volcanic risk management in the insular Caribbean.Our study thus focuses on the two crises that have been the most debated in terms of feedback: that of Soufrière Guadeloupe in 1976 and that of Soufrière Hills Montserrat, which peaked in 1997. The comparison of public crisis management policies studied allows us to identify the factors guiding the strategy of the competent authorities upstream and downstream of crises.

Le rapport du Groupe Intergouvernemental d'experts sur l'Evolution du Climat de 2001 soulignait le<br />niveau très imparfait de notre compréhension de l'effet des aérosols atmosphériques sur le climat. Ces<br />particules d'origines naturelles (poussières, aérosols volcaniques...) ou anthropiques (sulfates,<br />suies...) sont une des principales sources d'incertitude sur le changement climatique. Une des raisons<br />à cela est leur très grande variabilité spatio-temporelle. Par nature globale et quasi-continue,<br />l'observation spatiale des aérosols est donc un outil indispensable à leur étude.<br />Si la télédétection dans le domaine visible s'est beaucoup développée pour permettre de mieux<br />caractériser ces particules et leur effet sur le rayonnement solaire, l'utilisation de la télédétection dans<br />le domaine infrarouge est encore sous-exploitée. Or, non seulement la connaissance de l'effet des<br />aérosols sur le rayonnement terrestre est indispensable à l'évaluation de leur forçage radiatif total,<br />mais la télédétection infrarouge permet aussi la mesure de grandeurs inaccessibles à la télédétection<br />visible (observations possibles de nuit comme de jour, sur terre comme sur mer).<br />Dans cette thèse, nous montrons que les observations des sondeurs infrarouges permettent de<br />caractériser les aérosols en épaisseur optique infrarouge, en altitude, et en taille. Après une étude de la<br />sensibilité des propriétés optiques des aérosols à leur microphysique, et le développement d'un code<br />de transfert radiatif pour un milieu diffusant adapté à la haute résolution spectrale du sondeur de<br />nouvelle génération NASA-Aqua/AIRS, nous abordons le problème inverse. Les applications<br />présentées ici couvrent entre autres les aérosols stratosphériques volcaniques du Pinatubo, observés<br />avec le sondeur NOAA/HIRS, et la construction d'une climatologie de 8 ans des poussières<br />désertiques sur mer et sur terre avec ce même instrument. L'inversion des observations AIRS nous a<br />permis ensuite de déterminer l'épaisseur optique à 10 μm, l'altitude moyenne et le rayon effectif du<br />mode grossier des poussières au-dessus des mers.