Th. Etat--Sc. nat.--Nancy, 1958. N°: 122. / Dédicace de l'auteur. Bibliogr. p. 11-23.

Th. doct--Lettres--Bordeaux--Institut de Géographie, Faculté des Lettres, 1958.

Th.--Sc. nat.--Paris 11, 1985. / Bibliogr. p. 317-331.

Los grandes deslizamientos volcánicos son uno de los procesos geológicos más devastadores y pueden representar un importante peligro para la población de las zonas volcánicas. Este tipo de deslizamientos puede sobrepasar volúmenes de decenas o incluso centenares de kilómetros cúbicos. En Tenerife, siete grandes deslizamientos han afectado durante los últimos ~6 millones de años la morfología subaérea y submarina de la isla.En este estudio se ha realizado un extenso análisis de los eventos que han formado el valle de "La Orotava" en la parte Norte de Tenerife. El estudio incluye una investigación de campo, ensayos de laboratorio y análisis de estabilidad. En el laboratorio, las propiedades mecánicas de un suelo residual han sido investigadas mediante cortes directos y ensayos triaxiales. Durante el análisis de estabilidad, los resultados de los ensayos de laboratorio han sido incorporados a diferentes tipos de modelos de estabilidad. Finalmente, las condiciones mecánicas de los modelos dos y tres dimensionales han sido estudiados mediante el método de equilibrio límite y métodos de elementos finitos.Los resultados de los análisis revelan que la estabilidad de las laderas volcánicas puede ser reducida debido a diversos factores, como geológicos, morfológicos, climáticos y volcánicos. Los suelos residuales - bastante comunes en Tenerife - pueden haber actuado como superficie de rotura a causa de su débil comportamiento mecánico. Por otra parte, los estrechos y profundos barrancos han definido los límites laterales de los deslizamientos. Además de ello, los acantilados, el clima húmedo y especialmente la constante intrusión de diques, han llevado la ladera a condiciones de estabilidad críticas. Finalmente, una aceleración sísmica causada por un seísmo fuerte y cercano provocó muy probablemente el deslizamiento catastrófico.En Tenerife, se ha observado una relación temporal entre los colapsos de caldera y los grandes deslizamientos, lo que permite suponer que los fuertes terremotos asociados a los colapsos de caldera hayan provocado los deslizamientos. / Large volcanic landslides are one of the most hazardous of geological processes. They have occurred about once every 25 years during the last 500 years, and are a serious risk for the population due to their great volume and mobility. In spite of their destructive potential there are few comprehensive studies analysing large landslides on volcano flanks, and the mechanisms of such mass movements are not yet resolved. Within the last few years, several hypotheses concerning the potential causes of volcanic landslides have been proposed including processes such as dike intrusion, volcanic spreading, hydrothermal alteration, seismic shocks and caldera collapse events.Tenerife exhibits three large subaerial valleys originated by giant flank failures with ages ranging from Upper Pliocene to Middle Pleistocene. The northern submarine flank of the island is characterised by a voluminous apron of landslide debris. The La Orotava valley has been selected for analysis due to the amount of available data concerning its structure and evolution, and has been used as a test site to validate new assumptions that could be applied to other volcanic areas. The site investigation has revealed that the present morphology of the La Orotava valley was formed by two different failures: one in the western sector and the other in the eastern sector. The mechanical stability of the preslide volcano flank was strongly reduced by geologic, morphologic, climatic and volcanological factors which play a fundamental role in the initiation of the landslides. Widespread residual soils (paleosols) might have acted as potential slip surfaces, while deep erosive canyons probably evolved into the lateral limits of the failures. A high coastal cliff and a humid climate have also contributed to the critical stability conditions. The location of the landslide amphitheatre is perpendicular to the active Dorsal rift zone and adjacent to the Las Cañadas caldera, both important influences on the stability of the volcano slopes. On Tenerife, the relationship between large volcanic landslides and vertical caldera collapses is supported by a temporal coincidence of at least two failures with caldera collapse events.The mechanical behaviour of a residual soil sampled in the La Orotava valley has been analysed. Red coloured residual soils are generally located at the top of phonolitic pyroclastic deposits and are proposed as potential slip surfaces due to their very weak behaviour and their flat, homogeneous characteristics. They represent the only planar surface within the succession making up the volcano slopes. Their weak mechanical behaviour is characterised by volumetric collapse during shearing, a substantial reduction of shear strength for high normal stresses, and a significant increase of pore water pressure during undrained loading. The last feature is fundamental to the stability of volcano flanks since it strongly reduces the soil strength. Earthquakes, common processes in active volcanic areas, and saturated conditions can generate high excess pore pressures indicating the importance of regional climate and seismicity. The stability analysis has considered three different mechanisms: 1) ground acceleration due to seismicity - including both tectonic earthquakes and volcano-tectonic seismic shocks produced by caldera collapse; 2) horizontal stress due to dike intrusion, and; 3) vertical shear stress due to caldera collapse. The results indicate that ground acceleration principally decreases the mechanical stability of volcano flanks, enabling failure. Horizontal stresses due to dike intrusion can also influence slope stability, but preferably act as a preparing factor destabilising the slope, and not as a final triggering mechanism. The 3D numerical simulations show the significant effect of deeply incised canyons creating high shear stress at their base. Applying the results to the La Orotava events, the following scenario is assumed: First, deep narrow canyons, weak residual soils, humid climate, coastal cliff and persistent dike intrusion have significantly reduced the mechanical stability of the volcano slope and determined the limits of the failing mass. Then, seismicity generated by the caldera collapse episode at the end of the Guajara cycle at ~0.56 Ma triggered the catastrophic landslides.The results of the mobility analysis show the important influence of water on the runout distances of landslides. Subaqueous drag forces reduce the velocity, while hydroplaning effects strongly increase the runout distance. For Tenerife, the model indicates that a sliding mass can advance great distances, tens of kilometres away from the island, at water depths exceeding 3000 m, as can be observed in the bathymetric data.

Th.--Géogr. et aménage.--Strasbourg 1, 1987.

Nous étudions dans un premier temps l'intérêt de l'utilisation de la "multichannel singular spectrum analysis" (M-SSA) sur des séries temporelles de positionnements GPS. Cette méthode permet de simultanément analyser un ensemble de séries temporelles et d'en extraire des modes de variabilités communs sans utiliser d'information a priori sur les structures spatiales et temporelles des champs géophysiques. Ces modes correspondent à des tendances non linéaires, des oscillations ou du bruit. Nous l'appliquons à des données enregistrées sur le volcan Akutan en Alaska. Nous y extrayons deux types de signaux. L'un correspondant à des déformations dites saisonnières, l'autre représentant deux cycles d'inflations et de déflations successifs du volcan Akutan. Les inflations sont rapides et courtes et suivies de déflations plus lentes et plus longues. Dans une seconde partie nous tirons parti de la M-SSA pour analyser des séries temporelles enregistrées sur plusieurs volcans. Les volcans Okmok et Shishaldin en Alaska et le Piton de la Fournaise à la Réunion possèdent une partie de leurs histoires de déformations qui est similaire à celle d'Akutan. Le caractère oscillatoire de ces cycles de déformations est comparé au régime oscillatoire d'un simple oscillateur non linéaire. Les données pétrologiques, géochimiques et géophysiques disponibles pour Okmok et le Piton de la Fournaise combinées aux contraintes sur la dynamique apportées par l'oscillateur non linéaire permet de proposer un modèle physique. Deux réservoirs superficiels sont connectés par un conduit cylindrique dans lequel le magma possède une viscosité qui dépend de la température. Un tel système se comporte de manière similaire à l'oscillateur non linéaire étudié précédemment. Lorsque que le gradient de température vertical présent dans le fluide est suffisamment important et que le flux de magma entrant dans le système de réservoirs est compris entre deux valeurs déterminées analytiquement un régime oscillatoire se met en place. / We study the use of the "multichannel singular spectrum analysis" on GPS time series. This method allows to simultaneously analyze a set of time series in order to extract from it common modes of variability without using any a priori on the temporal or the spatial structure of geophysical fields. The extracted modes correspond either to nonlinear trends, oscillations or noise. The method is applied on a set of GPS time series recorded at Akutan, a volcano located in Aleutian arc in Alaska. Two types of signals are extracted from it. The first one corresponds to seasonal deformations and the other represents two successive cycles of inflation and subsidence of Akutan volcano. The inflations are fast and short and are followed by deflations that are slower and longer. In the second part we take benefit of the M-SSA to analyze GPS time series recorded at several volcanoes. Okmok and Shishaldin in Alaska and Piton de la Fournaise in La Réunion possess a part of their deformation history that is similar to Akutan volcano. The cyclic nature of the observed deformations leads us to make an analogy between the oscillatory regime of a simple nonlinear oscillator and the deformation cycles of these volcanoes. Geochemical, petrological and geophysical data available for Okmok and Piton de la Fournaise combined with the constraint on the qualitative dynamics bring by the nonlinear oscillator allow to propose a physical model. Two shallow reservoirs are connected by a cylindrical conduit in which the magma have a viscosity that depends on the temperature. Such system behaves like the nonlinear oscillator mentioned above. When the temperature gradient inside theconduit is large enough and the flux of magma entering the shallow system is bounded by values that are determined analytically anonlinear oscillatory regime arises.

La tectonophysique des volcans permet la quantification physique des phénomènes tectoniques et des éléments structuraux au sein d'un édifice volcanique. Elle peut encore être définie comme l 'étude du comportement mécanique des volcans. Dans cette approche le volcanologue est amené à utiliser des modèles physiques qui idéalisent le milieu naturel qu' il veut quantifier. Les lois physiques ainsi que la technique utilisées (théorie de l'élasticité, méthode des éléments finis) ont été développées pour des problèmes de Génie Civil et leur application aux milieux géologiques est peu courante. 8ien que les premiers travaux dans ce domaine et en volcanologie datent déjà d'il y a cinquante ans, peu de recherches ont été entreprises comparativement à ce qui a été fait dans d'autres domaines (pétrologie,dynamismes éruptifs etc **** ); Il s'agit donc d'une approche encore nouvelle et ouverte sur une vaste champ d'investigation. Le magma sous pression, dans le réservoir ou dans une fissure, est la source principale de contrainte et de déformation à l'intérieur des volcans. La variation des caractéristiques physiques et géométriques de cette source influencera sur la distribution et l'intensité de ces contraintes ou des déplacements. Le problème général que l'on veut résoudre en modélisation mécanique des volcans est le suivant: quelle relation existe t-il entre 1) les observations de surface, 2) les champs de contraintes et de déplacement , 3) Les caractéristiques de la source? En d'autres termes, que peut-on déduire sur la source magmatique (forme, taille, profondeur, pression), connaissant les phénomènes de surface (observations naturelles), par le biais d'une analyse mécanique (par simulation mathématique). Ceci est connu sous le nom de problème inverse, pour lequel il ni existe pas de solution unique. Dans cette étude je propose de rrodéliser le comportement tectonique, dynamique et mécanique des volcans océaniques intraplaques.

Dans cette thèse, nous étudions le problème de la localisation de sources sismo-volcanique, à partir des données enregistrées par des réseaux de capteurs composés de nouveaux sismomètres à trois composantes (3C). Nous nous concentrerons sur le volcan Ubinas, l'un des plus actifs au Pérou. Nous développons une nouvelle approche (MUSIC-3C) basée sur la méthode MUSIC permetant de retourner les 3 paramètres utiles (lenteur, azimut et incidence). Pour valider notre méthodologie, nous analysons des sources synthétiques propagées en tenant compte de la topographie du volcan Ubinas. Dans cette expérience, les données synthétiques ont été générées pour plusieurs sources situées à différentes profondeurs sous le cratère Ubinas. Nous utilisons l'algorithme MUSIC-3C pour les relocaliser. Nous traitons également des données réelles provenant d'une expérience de terrain menée sur le volcan Ubinas (Pérou) en 2009 par les équipes de recherche de l'IRD-France (Institut de Recherche pour le Déveleppment), UCD l'Irlande (projet VOLUME) et l'Institut de Géophysique du Pérou (IGP). Nous utilisons l'algorithme MUSIC-3C pour localiser les événements explosifs (type vulcanien), ce qui nous permet d'identifier et d'analyser les processus physiques de ces événements, à la suite de cette analyse, nous avons trouvé deux sources pour chaque explosion situées à 300 m et 1100 m en dessous du fond du cratère actif. Basé sur les mécanismes éruptifs proposés pour d'autres volcans du même type, nous interprétons la position de ces sources ainsi que les limites du conduit éruptif impliqué dans le processus de fragmentation. / In this thesis, we study the seismo-volcanic source localization using data recorded by new sensor arrays composed of three-component (3C) seismometers deployed on Ubinas stratovolcano (Peru). We develop a new framework (MUSIC-3C) of source localization method based on the well-known MUSIC algorithm. To investigate the performance of the MUSIC-3C method, we use synthetic datasets designed from eight broadband isotropic seismic sources located beneath the crater floor at different depths. The fundamental scheme of the MUSIC-3C method exploits the fact of the cross-spectral matrix of 3C array data, corresponding to the first seismic signal arrivals, provides of useful vector components (slowness, back-azimuth and incidence angle) from the seismic source. Application of the MUSIC-3C method on synthetic datasets shows the recovery of source positions. Real data used in this study was collected during seismic measurements with two seismic antennas deployed at Ubinas volcano in 2009, whose experiment conduced by volcanic teams of IRD-France (l'Institute de Recherche pour le Déveleppment), Geophysics group University College Dublin Ireland and Geophysical Institute of Peru (IGP). We apply the MUSIC-3C algorithm to investigate wave fields associated with the magmatic activity of Ubinas volcano. These analysis evidence a complex mechanism of vulcanian eruptions in which their seismic sources are found at two separated sources located at depths of 300 m and 1100 m beneath the crater floor. This implies the reproduction of similar mechanisms into the conduit. Based on the eruptive mechanisms proposed for other volcanoes of the same type, we interpret the position of this sources as the limits of the conduit portion that was involved in the fragmentation process.

Depuis le début des années 80, les progrès technologiques de l'imagerie des fonds marins et l'exploration des marges continentales ont permis de découvrir et d'étudier de nombreuses morphologies du fond marin témoignant de la circulation des fluides dans la colonne sédimentaire et de leur expulsion. Dans cette étude des volcans de boue, nous proposons une méthode d'analyse innovante combinant une approche statistique automatisée incluant la détection et l'analyse de paramètres morphométriques avec une étude géologique classique. Nous avons utilisé un vaste jeu de données de géophysiques marines et géologiques, d’origines académiques et industrielles, à l’échelle du bassin oriental de la mer Méditerranée.Il ressort de cette analyse que le mécanisme de formation des volcans de boue est directement lié à une contrainte locale ou régionale pouvant avoir une origine tectonique ou gravitaire.Différents paramètres géologiques conditionnant les dimensions et formes des volcans de boue ont été étudiés permettant de proposer un modèle original de leur formation. La conception de ce modèle, qui se veut générique, permet de regrouper les paramètres constitutifs d’un système de volcan de boue en trois étapes spatiales, depuis la couche source jusqu’à l’expression superficielle. / Since the early 80s, technological advances of seabed imagery and exploration of continental margins allowed to discover and study numerous seabed features recording fluid circulation within the sediment column.In this study of mud volcanoes, we propose an innovative method of analysis combining an automated statistical approach including detection and analysis of morphometric parameters together with a classical geological study. We used broad homogenous academic and industrial marine geophysical and geological dataset, at the scale of Eastern Mediterranean sea.The analysis of these parameters shows that the mechanism of formation of the mud volcanoes is directly related to a local or regional constrain that may have a tectonic or gravitational origin.Various geological parameters conditioning the size and shape of mud volcanoes have been studied and lead to propose an original model for the formation of mud volcanoes. The design of this model, which is intended to be generic, makes it possible to group the constituent parameters of a mud volcano system in three spatial stages, from the source layer to the superficial expression.

L'évolution des contraintes en profondeur, sur les systèmes actifs, est de nos jours mal connue. Il est cependant important de comprendre et d'identifier ces phénomènes de transfert de contrainte car ils sont à la base du déclenchement des séismes et des éruptions volcaniques. Diverses approches permettant de retrouver la variation de contrainte dans différents contextes sont abordées. La sismicité est utilisée comme observable dans chacun de ces problèmes.<br>Après avoir exposé les mécanismes générateurs de sismicité dans un contexte général, une méthode d'inversion de contrainte basée sur les équations du modèle de frottement rate-and-state est présentée.<br>Dans un deuxième temps, la variation de contrainte produite par une rupture pluri-décakilométrique est analysée. Cette analyse a permis de caractériser les changements de contrainte co- et post-sismique produits par le séisme de 2004 à Parkfield (Mw = 6.0), sur des aspérités sismiques avec une résolution encore jamais atteinte (de l'ordre de la dizaine de mètres). Il ressort en particulier que la variation de contrainte produite par ce séisme sur son plan de rupture est très hétérogène. En outre, il résulte de cette hétérogénéité que la loi d'Omori décrivant l'évolution temporelle des répliques ne correspond qu'à un comportement moyen de l'ensemble des aspérités sur une faille, chaque aspérité suivant quant à elle une dynamique quasi-déterministe.<br>L'étude de la variation de contrainte produite par le remplissage d'un réservoir magmatique a également été réalisée. Sur trois volcans basaltiques (Kilauea et Mauna Loa, à Hawaii et Piton de la Fournaise sur l'île de la Réunion), l'évolution de la sismicité et de la déformation résultant d'une accumulation de magma en profondeur est décrite. Cette description permet alors l'identification d'un processus magmatique à partir des signaux induits en surface, en particulier à partir du taux de sismicité.<br>Dans un dernier temps, le rôle de la sismicité dans son propre déclenchement est évalué. Une méthodologie ne reposant que sur deux hypothèses simples (linéarité et approche champ moyen) est proposée. Cette méthode est capable de recouvrir la part de la sismicité qui ne résulte pas d'interactions entre séismes. Finalement, plusieurs extensions de cette méthode, dans le cas où le chargement est non-stationnaire, sont décrites pour retrouver la signature de transitoires asismiques.