Academic literature on the topic 'Pyroclastique'

Dans ce travail nous étudions le flanc sud du volcan Merapi (Indonésie) dévasté par la grande éruption de 2010 (IEV 4). Nous poursuivons trois objectifs : (1) Identifier les dépôts pyroclastiques et de lahars grâce à la classification «orientée-objet» appliquée à trois images GeoEye-1 (1,64 m ; 15/10/2010 et 29/07/2011) et Pléiades (0,5 m ; 29/10/2012). Ces dépôts pyroclastiques comprennent les écoulements denses canalisés, ceux qui ont débordé des vallées et les déferlantes diluées à l'amont du bassin et sur les marges des vallées. (2) Suivre l'évolution temporelle de ces dépôts grâce aux indices spectraux calculés pour chaque image. Nous avons appliqué la classification orientée-objet aux indices spectraux, NDWI, NDVI et NDRSI (Indice Normalisée du Sol Rouge). Les résultats ont permis d'identifier 15 classes de dépôts pyroclastiques, de lahars et les zones affectés dans la vallée de Gendol-Opak ( Ì´80 km²), qui représentent 75% de classes obtenues par photo-interprétation de l'image et appuyées par des observations de terrain. Les indices NDWI et NDVI ont mis en évidence les zones affectées par les déferlantes (NDWI <0,2 et 0,1<NDVI<0,3) et la végétation indemne (0,2<NDWI<0,4; NDVI<0,16). Les indices NDWI et NDRSI ont permis de distinguer les dépôts canalisés (NDRSI<-0.3 et 0,1<NDWI<0,2) des zones couvertes par les lahars (NDRSI>0,3 et NDWI<0,1). Un NDRSI proche de 0 a été attribué à des dépôts «rougeâtres», probablement riches en scories oxydées. L'analyse bivariée des trois indices spectraux NDWI, NDVI et NDRSI a permis de suivre l'évolution temporelle post-éruption. Le graphe NDVI/NDWI en 2010 montre deux groupes : l'un attribué aux écoulements denses canalisés (NDVI et NDWI proches de 0), l'autre séparant les zones de forêt et rizières intactes de celles affectées par les déferlantes. Le graphe NDWI/NDRSI indique deux groupes différents, attribués aux dépôts riches en scories (NDRSI<0,1) et aux écoulements denses qui ont débordé (NDWI<0,12 et NDRSI<-0.3). En 2011 et 2012, les trois graphes NDVI/NDWI, NDWI/NDRSI et NDVI/NDRSI montrent deux groupes bien séparés (forêt et rizières) contrastant avec les dépôts de lahars et des écoulements denses qui avaient débordé sur les marges des vallées.

In the northeastern part of the Abitibi orogenic belt, the Archean Matagami–Chibougamou greenstone belt (2700 Ma) includes a basal volcanic sequence named the Roy Group, unconformably overlain by a volcano-sedimentary series called the Opemisca Group.The Roy Group, to the west of the town of Chapais, consists of a thick, stratified, and polycyclic volcanic series (thickness = 11 000 m) resembling the large, western Abitibi submarine stratovolcanoes constructed by three mafic to felsic magmatic cycles. The first cycle (Chrissie Formation) shows lateral spreading and is composed only of a meta-andesite and felsic pyroclastite sequence of calc-alkaline affinity. The other two cycles (Obatogamau and Waconichi formations; then Gilman, Blondeau, and Scorpio formations) are characterized by a sequence of repeated MORB type basaltic lava flows of tholeiitic affinity and by intermediate to acid lava and pyroclastic sequences calc-alkaline affinity.The stratigraphic and petrographic data suggest emplacement of mafic lavas on an abyssal plain (Obatogamau Formation) or at a later time on the flanks of a large submarine volcanic shield (Gilman and Blondeau formations). The lava and felsic pyroclastite flows were formed by very explosive eruptions from central spreading type volcanoes above a pre-existing continental crust. In particular, the Scorpio volcanic rocks were emplaced on volcanic islands later dismantled by erosion.The contents and distribution of trace elements and rare earths show that basaltic lavas resulted from an equilibrium partial melting (F = 15–35%) of spinel lherzolite type mantle sources depleted to weakly enriched in Th, Ta, Nb, and light rare-earth elements (LREE), and from fractional crystallization at low pressure of feldspar, clinopyroxene, and olivine. The lavas and the felsic pyroclastites of the Waconichi and Scorpio formations appear to result from partial melting of a mantle source of lherzolite type enriched in LREE and involving some garnet. At a late stage, the melts were probably contaminated by some continental crust materials and then differentiated by fractional crystallization of plagioclase, amphibole, biotite, and magnetite. The lavas in the Chrissie Formation and the middle member of the Gilman Formation seem to result from partial melting of a mantle source enriched in LREE with a composition between the two described above. They were subsequently modified by fractional crystallization of the plagioclase, clinopyroxene, olivine, and titanomagnetite.In general, the mafic to felsic magmatic cycles observed are characterized by a thick sequence of repeated tholeiitic basalt flows similar to those of modern mid-oceanic ridges and by a lava and felsic pyroclastite sequence of calc-alkaline affinity comparable to those occurring in orogenic belts. The transition from one lava sequence to another is marked by a significant chemical discontinuity, and the mantle sources exhibit an increasing enrichment in LREE during a given magmatic cycle. A model is proposed to satisfactorily explain all the stratigraphic, petrographic, and geochemical data implying a hot spot type mechanism, which could be responsible for the cyclic, rising diapirs inside the stratified Archean mantle and for initiating the repeated mantle source meltings, depleted and enriched in LREE, respectively. [Journal Translation]

Volcanogenic massive sulphide (VMS) deposits and seafloor massive sulphide (SMS) deposits have a spatial and genetic connection with contemporaneous volcanism. The control exerted by the volcanic succession (e.g. rock type, architecture and facies) on the nature and style of the ore and alteration (e.g. subsea-floor replacement vs. exhalative, or discordant vs. conformable) is significant, making it imperative to understand the local volcanology in developing better genetic and exploration models. Three VMS deposit groupings collectively represent a high proportion of cases: (1) deposits associated with complexes of submarine felsic domes, cryptodomes, lobe-hyaloclastite flows and/or blocky lavas, and their reworked equivalents; (2) deposits associated with thick piles of pumiceous felsic pyroclastic rocks, suggesting a caldera context; and (3) deposits associated with mafic volcanic footwalls and/or with sedimentary hosts, including significant deposits such as Windy Craggy (~300 Mt) in British Columbia. With regard to number (2) above, demonstrating the presence of a caldera in ancient successions can be difficult because silicic calderas tend to be large and exceed the limits of deposit-scale investigations. Furthermore, there is no consensus regarding what a large submarine caldera should look like, i.e., no accepted facies model exists showing the distribution of rock types. But without thick piles of pumiceous felsic pyroclastic deposits, arguing for a large submarine caldera is a challenge.SOMMAIRELes gisements de sulfures massifs volcanogènes (SMV) et leurs équivalents actuels au fonds des mers ont une connexion spatiale et génétique avec le volcanisme. La succession volcanique – composition, architecture, faciès – exerce un contrôle important sur la nature et le style de minéralisation et d’altération hydrothermale (p. ex. minéralisation mise en place par remplacement sous le fond marin vs. exhalative; altération discordante ou plus concordante). Il est donc impératif de connaître la volcanologie des roches encaissantes pour développer de meilleurs modèles génétiques et d’exploration. Trois groupes de gisements couvrant collectivement une grande proportion des cas sont discutés ici. Premièrement, plusieurs gisements sont associés à des complexes de dômes felsiques sous-marins, des cryptodômes, des coulées de type lobes-hyaloclastite et/ou des laves en blocs, ou leur équivalents resédimentés. Deuxièmement, certains gisements sont associés à d’épaisses séquences de roches pyroclastiques felsiques ponceuses, suggérant un contexte de caldeira. Troisièmement, plusieurs gisements sont associés avec des roches volcaniques mafiques et/ou avec des roches sédimentaires, par exemple l’important dépôt de Windy Craggy (~300 Mt) en Colombie-Britannique. Concernant les contextes de type 2, la démonstration d’une caldeira peut être difficile dans les successions anciennes, car les caldeiras felsiques sont de grandes dimensions, excédant les limites des études à l’échelle du gîte. De plus, il n’existe pas de consensus sur un modèle de faciès pour une grande caldeira sous-marine. Mais sans la présence d’épais empilements de roches pyroclastiques felsiques ponceuses, il est difficile d’argumenter en faveur d’une caldeira sous-marine.

Abstract Extensive structural field observations and seismic interpretation allowed us to delineate 7 deformation phases in the study area for the Cenozoic period. Phase D1 indicates NW–SE compression and perpendicular extension in the Late Oligocene–early Eggenburgian and it was responsible for the development of a wedge-shaped Paleogene sequence in front of north-westward propagating blind reverse faults. D2 is represented by E–W compression and perpendicular extension in the middle Eggenburgian–early Ottnangian. The D1 and D2 phases resulted in the erosion of Paleogene suites on elevated highs. Phase D2 was followed by a counterclockwise rotation, described in earlier publications. When considering the age of sediments deformed by the syn-sedimentary D3 deformation and preliminary geochronological ages of deformed volcanites the time of the first CCW rotation can be shifted slightly younger (~17–16.5 Ma) than previously thought (18.5–17.5 Ma). Another consequence of our new timing is that the extrusional tectonics of the ALCAPA unit, the D2 local phase, could also terminate somewhat later by 1 Myr. D4 shows NE–SW extension in the late Karpatian–Early Badenian creating NW–SE trending normal faults which connected the major NNE–SSW trending sinistral faults. The D5 and D6 phases are late syn-rift deformations indicating E–W extension and NW–SE extension, respectively. D5 indicates syn-sedimentary deformation in the Middle Badenian–early Sarmatian and caused the synsedimentary thickening of mid-Miocene suites along NNE–SSW trending transtensional faults. D5 postdates the second CCW rotation which can be bracketed between ~16–15 Ma. This timing is somewhat older than previously considered and is based on new geochronological dates of pyroclastite rocks which were not deformed by this phase. D6 was responsible for further deepening of half-grabens during the Sarmatian. D7 is post-tilt NNW–SSE extension and induced the deposition of the 700 m thick Pannonian wedge between 11.6–8.92 Ma in the southern part of the study area.

Abstract Introduction: The study of lahar (Lh) deposits (a) describes sedimentary facies associations in a volcano-sedimentary system, (b) establishes the identification of criteria to recognize epiclastic deposits in fossil volcanic successions [Thouret, 1999] and (c) reconstructs paleo-landforms (stratocones, paleovalleys, and volcaniclastic fans) in an old volcanic massif. Lh deposits form the "complexe conglomeratique superieur" ("upper conglomeratic complex") [Brousse et al., 1972, 1975, 1977, 1980, 1989] associated with pyroclastic deposits and streamflow deposits above the "breche inferieure" ("lower breccia"), reinterpreted as debris-avalanche (DAv) deposits. From 9.5 to 6.5 Ma, a trachyandesitic stratovolcano has been built up. Several sector collapses generated DAv and an explosive activity produced pyroclastic-flow deposits. Pyroclastic deposits and both Lh and DAv deposits built up volcaniclastic fans. The study aims (a) to determine Lh deposit generations associated with paleo-landforms and (2) to use Lh deposits as landmarks to recognize some geomorphologic stages in the history of Cantal volcano (45 degrees N-2.5 degrees E; 2500 km 2 , approximately 380 km 3 , 1 855 m). Lahar generations: Lh deposits (9 km 3 ) cover 280 km 2 (fig. 1). They show two facies, clast-supported and matrix-supported debris-flow deposits (fig. 2 and 3), located as far as 20 km from the geographic centre (Puy Griou). Firstly, field observations and geochronological data enable us to distinguish as much as five Lh deposit generations. Secondly, geometric and stratigraphic relations, between Lh deposits and both pyroclastic and DAv deposits, allow us to decipher the genetic relations between distinct volcaniclastic formations. The Cere valley shows three Lh generations. The "Faillitoux" generation is interbedded with the schistose basement and the lava and pyroclastic deposits of the Elanceze massif (1571 m) (fig. 4). An ankaramitic lava (9.53+ or -0,5 Ma, K/Ar) [Nehlig et al., 1999], fitting into Lh deposits of the Elanceze massif post-dates the apparition of the first lahar generation. The "Curebourse" generation was emplaced above DAv deposits (fig. 2A and 5). Both DAv and Lh deposits of the "Curebourse" generation filled the paleo-Cere valley about 7.1 Ma. The "Thiezac" generation (&gt;6.7 Ma, K/Ar) [Nehlig et al., 1999] (fig. 2C) overlies a thick pyroclastic deposit (fig. 4) and is not related to the DAv and the "Curebourse" generation. The fourth generation (Impradine valley) is stratigraphically and genetically associated with pyroclastic deposits located in the upper Impradine valley (fig. 5). These pyroclastic deposits are older than 7.96 Ma (K/Ar age on a trachyandesitic lava overlying Lh deposits) and result from pyroclastic deposits removed as Lh deposits downvalley. The fifth identified lahar generation is located in the Petite-Rhue valley, to the north of the volcano, where a 5-m-thick pumiceous pyroclastite (7.6+ or -0.03 Ma; 40 Ar/ 39 Ar) [Platevoet, 2000] is interstratified with Lh deposits in Cheylade. Genetic relations with pyroclastic deposits: To determine the nature of the relationships between Lh deposits and DAv deposits, we observed geometric relationships between both formations. Some Lh deposits of "Curebourse" generation filled paleothalwegs (fig. 6) cut into DAv deposits suggesting a remission stage after emplacement of DAv deposits. We did not identify sedimentologic features such as dewatering structures indicating that lahars evolved from the top or the front of DAv deposits. Thus, no obvious genetic link was clearly determined between Lh and DAv deposits. In the Impradine valley, we observe the transformation of these pyroclastic deposits in Lh deposits. A proximal pyroclastic facies (upper Impradine) (fig. 5), intruded by numerous dykes and intercalated with trachyandesitic lava, shows the proximity of a stratocone located 1,5 km to the South-East. Field observations indicate a stratigraphic link between pyroclastic and Lh deposits. Debris flows have removed pyroclastic deposits over a 6 km distance. Lh deposits are ungraded or inversely graded and show matrix- or clast-supported facies. About 50% of dense subrounded to rounded clasts were incorporated during the flow. The remaining 50% are dense trachyandesitic juvenile clasts derived from primary pyroclastic-flow deposits. Geomorphological implications: Determinations of five Lh deposit generations and observations of geometrical relations with volcaniclastic deposits (DAv and pyroclastic deposits) enable us to reconstruct paleo-landforms and some stages of the geomorphic evolution of Cantal. In this way, the Impradine volcaniclastic unit is a fragment of a volcaniclastic fan facing north-east (fig. 7). In the Cere valley, the "Faillitoux" generation is the remnant of a proximal section of a volcaniclastic fan facing south-west. These lahars flowed from a trachyandesitic stratocone located close to the Elanceze massif about 9.5 Ma ago (fig. 7). These paleo-stratocones were eroded and are no longer visible in the present geomorphic landscape. Lh deposits allow us to determine geomorphic inheritances, contemporaneous with the activity of the stratovolcano from 9.5 to 6.5 Ma. About 7.1 Ma, the paleo-Cere valley was filled with DAv and Lh deposits of the "Curebourse" generation. The "Curebourse" generation formed a volcaniclastic fan on the top of DAv deposits. DAv and Lh deposits, that are less resistant than the trachyandesitic Elanceze massif and Plomb-du-Cantal range, have been eroded. Accordingly, the Cere valley is being exhumed. The present-day drainage pattern occupies the paleothalweg. However, in distal positions, paleo-landforms are not as well preserved. The current drainage pattern does not use any more paleothalwegs in contrast to what is seen in proximal position (fig. 8).

Dans les Andes centrales et septentrionales (Colombie, Equateur), l'étage des Páramos, situé entre les neiges permanentes (+/- 4800 m d'altitude) et la forêt andine (+/- 3000 m d'altitude) est soumis à une pression anthropique croissante. Cette étude vise à préciser la nature, la diversité et la genèse des sols des Páramos d'Equateur sur couverture pyroclastique puis à étudier leurs principales propriétés physiques (pouvant contrôler les comportements hydrodynamiques et érosifs à l'état naturel et après mises en usage). Cinq profils sont choisis pour rencontrer les principales catégories des sols volcaniques (andosols) de ce milieu. Nous montrons que les profils retenus s'inscrivent dans une séquence au sein de laquelle l'âge et la texture des pyroclastes parentaux contrôlent le degrès d'évolution des sols. Dans ce milieu montagnard et humide, tous les sols sont très humifères et cela quel que soit l'âge de la mise en place de leur dernier niveau pyroclastique. Les andosols les plus âgés (+/- 3000 ans) de cette séquence sont non-allophaniques et présentent une combinaison inhabituelle de propriétés avec des teneurs en carbone proches de celles de sols organiques (150230 G. KG 1) et des capacités de rétention d'eau à 1500 KPA qui sont celles d'andosols perhydrates (> 1000 G. KG - 1). Nos résultats montrent que la porosité totale de ces andosols est essentiellement constituée par des pores de rayon < 0,1 m et que le développement de cette nanoporosite est dû, pour l'essentiel, à l'accroissement de leurs teneurs en carbone humidifié et en complexes organo-aluminiques. Nous mettons également en évidence que plus la nanoporosite de ces matériaux est élevée, plus la dessiccation entraîne des modifications irréversibles de leur architecture porale. Après un séchage même modéré, ces matériaux peuvent également devenir hydrophobes et nous relions ce comportement à la présence de composés lipidiques de poids moléculaire élevé. Au vu de leurs propriétés physiques, les andosols des Páramos équatoriens, particulièrement les plus évolués d'entre eux, apparaissent comme des sols très fragiles. En effet, leur comportement vis-à-vis de l'eau et, par là, leur résistance à l'érosion, risquent d'être considérablement altérés par les manipulations que requiert leur mise en usage.

Les écoulements pyroclastiques sont des mélanges à haute température de gaz et de particules volcaniques qui peuvent se propager sur de très grandes distances. Cette forte « mobilité » est souvent attribuée à leur capacité à se fluidiser, c’est-à-dire à générer et conserver une forte pression interstitielle de gaz qui réduit les forces de friction interne. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment les irrégularités des terrains sur lesquelles se propagent les écoulements pyroclastiques peuvent favoriser leur fluidisation. Une première série d’expériences de laboratoire a consisté à générer des écoulements de particules fines (diamètre de 45-90 μm) sur des substrats de différentes rugosités. Les résultats montrent que la distance de parcours des écoulements augmente avec la rugosité, allant jusqu’à doubler par rapport à la distance de parcours sur fond lisse. Des analyses de vidéos haute vitesse et des mesures de pression interstitielle d’air à la base des écoulements montrent que la tête (partie antérieure) des écoulements qui se propagent sur un substrat rugueux s’auto-fluidisent en conséquence de la sédimentation des particules dans les interstices du substrat, chassant l’air qui remonte et percole dans l’écoulement. Ce mécanisme d’auto-fluidisation est efficace pour toutes les inclinaisons étudiées (0-30°), suggérant qu’il est susceptible de se produire tout au long de la mise en place d’un écoulement pyroclastique. Une seconde étude a consisté à faire chuter des lits de particules dans une colonne statique. Les résultats montrent que même pour une hauteur de relâchement relativement faible (20 cm), le mélange peut entièrement s’auto-fluidiser durant sa chute. Quand les particules sont suffisamment fines (<100 μm) la pression interstitielle dans le dépôt diffuse pendant plusieurs secondes, la durée de cette diffusion augmentant avec l’augmentation de l’épaisseur du lit et la diminution de taille des particules. Les temps de diffusions les plus longs sont observés avec un matériau provenant d’un dépôt d’écoulement pyroclastique (~30 s pour des lits de 28.5 cm d’épaisseur). Ces résultats suggèrent que les écoulements pyroclastiques qui se propagent sur des terrains accidentés peuvent s’auto-fluidiser et conserver une faible friction au cours de leur mise en place
Pyroclastic flows are hot mixtures of gas and particles that can propagate over large distances. This high “mobility” is often attributed to their ability to be fluidized, that is, to generate and retain high gas pore pressure that reduces internal friction forces. The main objective of this thesis is to understand how irregularities of substrates on which pyroclastic flows propagate can enhance their fluidization. A first set of laboratory experiments consisted of the generation of fine-grained flows (diameter of 45-90 μm) on substrate of various roughness. Results show that the flow runout distance increases with the substrate roughness, and is up to twice the runout on a smooth substrate. High speed video analyses and air pore pressure measurements at the flow base show that the flow head propagating over a rough substrate can auto-fluidize because of particles sedimentation into the substrate interstices, which forces the air to escape upward and percolate through the flow. This auto-fluidization mechanism is efficient at all inclinations investigated (0-30°), suggesting that it could occur during the whole emplacement of a pyroclastic flow. A second study consisted of the vertical release of beds of particles in a static column. Results show that the granular mixture can be fully fluidized, even when collapsing from a relatively low height (20 cm). When particles are fine enough (<100 μm), pore pressure in the deposit diffuses for several seconds, the diffusion duration increasing with increasing bed thickness and decreasing particle size. The longest diffusion durations are observed for pyroclastic flow deposit materials (~30 s for 28.5 cm thick beds). These results suggest that pyroclastic flows propagating on irregular terrains can auto-fluidize and preserve low internal friction during their emplacement

Les écoulements pyroclastiques constituent des mélanges de cendres et de gaz volcaniques chauds fortements mobiles. Leur comportement fluide est attribué aux effets de fluidisation développés durant la propagation. Au cours de ce travail, nous avons mis en place un dispositif expérimental permattant de reproduire la dynamique de ces écoulements en laboratoire. Ces expériences ont été effectuées sur un chenal horizontal et à des températures suffisament élevées pour permettre l'utilisation de matériaux naturels (cendres volcaniques). Dans un premier temps, les propriétés d'expansion et de sédimentation (1-D) des cendres naturelles ont été étudiées dans le réservoir du dispositif. Les vitesses de sédimentation ont été déterminées après expansion initiale du mélange puis sédimentation (par coupure rapide de l'alimentation en gaz). Les écoulements ont ensuite été générés en ouvrant la porte coulissante du réservoir (après expansion des cendres jusqu'à une valeur donnée : 6-43 vol% dans le réservoir). Chaque écoulement est alors soumis à une défluidisation progressive durant la propagation jusqu'à son arrêt définitif. Cette étude a révélé que le transport non turbulant des cendres augmente fortement avec l'expansion initiale. Pour une expansion donnée la vitesse de sédimentation d'un écoulement est identique à celle mesurée à partir des expériences (1-D) effectuées dans le réservoir. La propagation et la sédimentation de l'écoulement, gouvernées par deux paramètres adimensionnés : le rapport d'aspect initial du mélange expansé dans le réservoir et le rapport d'un temps d'accélération gravitattionnelle et d'un temps de sédimentation, reflète un fort contrôle de la sédimentation

Ce travail traite de l'utilisation de l'analyse d'image dans ses applications possibles a des problemes geologiques. Son objectif initial est de mettre en oeuvre l'analyse d'image comme outil quantitatif pouvant aider a la description texturale et sedimentologique de formations pyroclastiques. A travers ce type de formation particulier, on a en realite aborde deux problemes generaux en sedimentologie, d'une part celui de la definition de la granulometrie et de la fabrique des depots tres grossiers (riches en blocs), d'autre part la granulometrie des formations consolidees. Hors de la mise en oeuvre du traitement d'image et de son adaptation aux objets a etudier, il n'est pas dans le but de ce travail de developper l'analyse d'image dans ses aspects theoriques ou methodologiques. Apres un rappel des methodes et techniques de l'analyse d'image, suivi d'une discussion concernant les definitions et les methodes de mesure de la forme et de la taille des particules en 2d et en 3d ainsi que les reconstitutions de la taille 3d a partir de mesures effectuees dans 2d, le traitement d'image est applique a deux types de formations pyroclastiques. Les deux applications traitees sont differentes au niveau : du materiel utilise (logiciel de traitement d'image en particulier) ; du support analyse : photographies d'affleurement dans un cas, echantillons de roche dans l'autre ; du mode d'extraction des particules, essentiellement manuel dans un cas et entierement automatique dans l'autre ; des possibilites offertes ou non selon le cas d'une reconstruction stereologique des informations 2d a des donnees 3d. La premiere application concerne l'etude des depots de coulees pyroclastiques a cendre et blocs de 1984 au merapi (java, indonesie). Le but principal de l'etude est une caracterisation quantitative de la fraction grossiere du depot (> 64 mm), non accessible par la methode de tamisage. Le probleme pose ici est en fait le probleme general de la mesure de la distribution des tailles trop grosses pour etre manipulables par la methode usuelle du tamisage. L'analyse d'image permet de mesurer des parametres varies dans les memes particules et traiter un nombre important d'objets. Nous avons obtenu une distribution des tailles apparentes des blocs, demontrant l'existence d'un mode bien defini a 128 mm (-7 phi) ou 180 mm (-7,5 phi) selon le critere de taille choisi (diametre du disque equivalent ou grand segment). La granulometrie globale du depot est fortement bimodale, le second mode etant localise dans la fraction cendreuse tamisee. Nous avons caracterise la distribution de la forme apparente des blocs (rapports d'axes) ainsi que leur orientation. Il apparait une orientation preferentielle bien marquee des blocs quelque soit leur taille. Cette fabrique subhorizontale est attribuee a une compaction post-depot caracteristique des coulees pyroclastiques. La seconde application a porte sur des echantillons consolides de breche volcanique avec comme but d'obtenir des donnees de granulometrie plane la ou le caractere consolide de la roche empeche une granulometrie classique par tamisage. Le choix s'est porte sur des echantillons de peperite de limagne (puy de crouel), constitues de granules de basaltes dans une matrice claire essentiellement marno-calcaire. Ce facies offre un contraste a priori favorable entre particules (ici les grains de basalte) et matrice, ce qui nous a permis de tester une procedure d'extraction automatique des particules. Les mesures de taille ont donc ete faites sur des tranches d'echantillons (donc en vraie 2d). Une distribution 3d a ete reconstituee par reconstructions stereologiques.

La premiere partie de la these est une etude tephrostratigraphique du volcan misti (perou) sur une periode de quelques dizaines de milliers d'annees. Depuis 31200 ans, le misti n'a produit que des magmas andesitiques (entre 55 et 63% de sio#2) a amphiboles et/ou pyroxenes. Entre 34000 bp et 31200 bp, plusieurs eruptions se sont produites avec un magma dacitique a micas, amphiboles et pyroxenes. Elles sont precedees d'un episode rhyolitique a micas qui represente les premieres manifestations identifiees du misti. Les depots eruptifs anterieurs sont attribues aux deux volcans voisins, le chachani et le pichu pichu. Dans une seconde partie on expose les resultats d'une etude experimentale et theorique sur l'entree des coulees pyroclastiques dans la mer. L'etude de la diminution de densite d'une coulee pyroclastique par suite de la vaporisation de l'eau entrainee conclut que ce phenomene constitue un obstacle majeur a la propagation sous-marine des coulees pyroclastiques turbulentes. Le repoussement de la mer par la coulee pyroclastique est alors propose comme mecanisme alternatif pour la mise en place d'ignimbrite sur le fond marin. On montre que pour des hauts debits associes a la formation de caldeiras, les distances de repoussement sur 360 sont de l'ordre de quelques kilometres pour des profondeurs de quelques dizaines de metres. Une derniere section traite theoriquement du comportement des coulees pyroclastiques face a des obstacles topographiques, en fonction de leur debit et de leur regime d'ecoulement. Quatre cas extremes sont envisages selon que la dissipation d'energie est dominee par les contraintes frictionnelles, collisionnelles, visqueuses ou turbulentes. Ces differentes contraintes n'ayant pas la meme dependance vis-a-vis de la vitesse et de la hauteur de l'ecoulement, on montre que la hauteur et la distance de l'obstacle franchi sont des indicateurs du debit et des contraintes dominantes dans l'ecoulement.

Les cendres volcaniques issues des différents mécanismes de fragmentation ont diverses textures et morphologies externes. Chaque particule de cendre peut donner des informations sur son propre environnement et sur les mécanismes de formation. On peut définir un régime de fragmentation et la quantité de l'eau qui participe au processus de fragmentation. Actuellement, les cendres volcaniques ont surtout fait l'objet d'approches qualitatives. En effet, la complexité et la variabilité des formes des particules volcaniques rendent l'approche quantitative difficile et la caractérisation numérique des textures de surface des cendres volcaniques, en raison de sa complexité, est encore mal définie. Des descriptions de surface simples et bien définies sont présentées dans cette étude. On se base sur le fait que la variation de niveau de gris est liée à la variation de rugosité de la surface. Ici, des valeurs de niveau de gris ont été employées sous une forme correspondant aux valeurs z vertical sur la surface. Les inconvénients et les avantages de la simplicité de la méthode sont discutés. Sept paramètres de rugosité (Rq, Ra, Rsk, Rku, Rv, Rp, Rt), trois paramètres de quadtree (nQT, mQT, sQT) et dimension de fractale sur des surfaces de cendres sont mesurés. Une analyse de gradient basée sur des opérateurs de Sobel a été exécutée et des parcelles de terrain polaires ont été produites, sur la base de la fréquence des gradients. Différents paramètres de forme, tels que le facteur de forme, la compacité, l'arrondi, l'allongement, la solidité, la convexité et les dimensions de fractale sont calculés sur les parcelles de terrain polaires. Des échantillons provenant de l'activité variée de 5 volcans ont été choisis pour l'analyse 2D : Nemrut, Erciyes (Turquie), Galunggung (Indonésie), Villarica (Chili), Miyakejima (Japon). Cependant, des images tridimensionnelles permettent à différents dispositifs morphologiques d'être mieux interprétés et mesurés. En conséquence, des coupes de particules, la stéréoscopie et le meulage commandé ont été employés pour acquérir une reconstruction 3D. Des paramètres externes sont calculés sur les surfaces 3D des particules des cendres du volcan Villarica. Les paramètres externes sont employés pour regrouper les différents types de particules selon leurs mécanismes de framentation et en particulier pour séparer les changements de styles en cours d'éruptions, liés au rapport eau/magma. Les paramètres de morphologie de surface optima ont été déterminés à l'aide des corrélations entre les paramètres de surfaces qualitatif, la porosité, l'abondance des xénolithes, les rapports de masse eau-magma (R) et des paramètres de surfaces quantitatifs. On admet que Ra et Rq sont des paramètres de rugosité sensibles à la micro-rugosité (par exemple à la poussière fine) tandis que d'autres paramètres de rugosité, Rsk et Rku, mesurent la macro-rugosité liée aux cavités de surface (vésicules). En effet, le paramètre de quadtree nQT, la dimension de fractale des surfaces et la solidité des parcelles de terrain polaires ont aussi la même réponse à la micro-rugosité, semblable à Ra et Rq. En raison de l'intérêt croissant pour les propriétés externes de matériaux normaux, les paramètres des surfaces proposés dans cette étude peuvent être appliqués aux surfaces de divers matériaux normaux

L'objectif essentiel de cette etude est de constituer une base de donnees des proprietes physiques des roches pyroclastiques. Celle-ci permet de comprendre les proprietes physiques de ces roches ce qui, par la suite, contribuera a une meilleure interpretation des signaux precurseurs des eruptions volcaniques et donc une surveillance plus adaptee des volcans explosifs. Les echantillons selectionnes pour mener cette etude sont representatifs des depots de la montagne pelee et les donnees acquises concernent les proprietes hydrauliques, electriques (conductivite electrique, potentiel d'electrofiltration,), thermiques, magnetiques, elastiques et anelastiques (vitesse et attenuation). La permeabilite, qui couvre 6 ordres de grandeur, reflete la diversite des distributions de rayons d'acces des pores liee aux modalites de degazage variees des pyroclastites. La geometrie du reseau poreux de ces roches conditionne fortement la plupart des proprietes physiques etudiees engendrant des relations entre celles-ci. Ainsi, le facteur de formation et la conductivite thermique sont etroitement lies a la permeabilite. Les coefficients d'attenuation des ondes p et s sont particulierement bien correles au facteur de formation tandis que les vitesses de ces ondes dependent surtout de la presence ou non de microfissures. Cette etude montre aussi que, si pour les proprietes de transport, certains modeles elabores pour les roches sedimentaires restent adaptes aux pyroclastites, les modeles classiques decrivant les proprietes elastiques et anelastiques sont moins satisfaisants. Le probleme de la representativite des mesures de laboratoire par rapport aux proprietes physiques in situ des roches etudiees est aborde, a partir d'experiences effectuees sur des cendres non consolidees, puis sur un melange de cendres et de blocs (similaires aux depots pyroclastiques), a l'echelle decimetrique. Les resultats obtenus sont en assez bon accord avec les quelques donnees de terrain existantes.

Les cendres volcaniques issues des différents mécanismes de fragmentation ont diverses textures et morphologies externes. Chaque particule de cendre peut donner des informations sur son propre environnement et sur les mécanismes de formation. On peut définir un régime de fragmentation et la quantité de l'eau qui participe au processus de fragmentation. Actuellement, les cendres volcaniques ont surtout fait l'objet d'approches qualitatives. En effet, la complexité et la variabilité des formes des particules volcaniques rendent l'approche quantitative difficile et la caractérisation numérique des textures de surface des cendres volcaniques, en raison de sa complexité, est encore mal définie. Des descriptions de surface simples et bien définies sont présentées dans cette étude. On se base sur le fait que la variation de niveau de gris est liée à la variation de rugosité de la surface. Ici, des valeurs de niveau de gris ont été employées sous une forme correspondant aux valeurs z vertical sur la surface. Les inconvénients et les avantages de la simplicité de la méthode sont discutés. Sept paramètres de rugosité (Rq, Ra, Rsk, Rku, Rv, Rp, Rt), trois paramètres de quadtree (nQT, mQT, sQT) et dimension de fractale sur des surfaces de cendres sont mesurés. Une analyse de gradient basée sur des opérateurs de Sobel a été exécutée et des parcelles de terrain polaires ont été produites, sur la base de la fréquence des gradients. Différents paramètres de forme, tels que le facteur de forme, la compacité, l'arrondi, l'allongement, la solidité, la convexité et les dimensions de fractale sont calculés sur les parcelles de terrain polaires. Des échantillons provenant de l'activité variée de 5 volcans ont été choisis pour l'analyse 2D : Nemrut, Erciyes (Turquie), Galunggung (Indonésie), Villarica (Chili), Miyakejima (Japon). Cependant, des images tridimensionnelles permettent à différents dispositifs morphologiques d'être mieux interprétés et mesurés. En conséquence, des coupes de particules, la stéréoscopie et le meulage commandé ont été employés pour acquérir une reconstruction 3D. Des paramètres externes sont calculés sur les surfaces 3D des particules des cendres du volcan Villarica. Les paramètres externes sont employés pour regrouper les différents types de particules selon leurs mécanismes de framentation et en particulier pour séparer les changements de styles en cours d'éruptions, liés au rapport eau/magma. Les paramètres de morphologie de surface optima ont été déterminés à l'aide des corrélations entre les paramètres de surfaces qualitatif, la porosité, l'abondance des xénolithes, les rapports de masse eau-magma (R) et des paramètres de surfaces quantitatifs. On admet que Ra et Rq sont des paramètres de rugosité sensibles à la micro-rugosité (par exemple à la poussière fine) tandis que d'autres paramètres de rugosité, Rsk et Rku, mesurent la macro-rugosité liée aux cavités de surface (vésicules). En effet, le paramètre de quadtree nQT, la dimension de fractale des surfaces et la solidité des parcelles de terrain polaires ont aussi la même réponse à la micro-rugosité, semblable à Ra et Rq. En raison de l'intérêt croissant pour les propriétés externes de matériaux normaux, les paramètres des surfaces proposés dans cette étude peuvent être appliqués aux surfaces de divers matériaux normaux

L'éruption actuelle (depuis 1995) de la Soufrière Hills de Montserrat (Antilles) a produit 2 types de coulées pyroclastiques : des coulées à blocs et cendres et des coulées ponceuses. Lors de cette éruption, les coulées ponceuses sont plus mobiles que les coulées à blocs de cendres. Le travail a consisté à étudier le rôle des fluides magmatiques lors de la production et de la mobilité des coulées pyroclastiques de Montserrat. -L'estimation des paramètres physiques des explosions vulcaniennes de 1997 à Montserrat, grâce à l'observation des vitesses de sortie du matériel à l'évent, a montré une augmentation de l'intensité des explosions au cours des premières secondes. Les teneurs en eau et des pressions estimées au moment de la fragmentation traduisent le gradient de pression régnant dans la partie supérieure du conduit. Une grande partie des volatils présents dans le magma est alors utilisée à la fragmentation explosive du magma. -L'étude des vésicularités au pycnomètre à hélium et des textures au MEB des échantillons des dépôts des deux types de coulées pyroclastiques a contraint la capacité de ces particules à retenir des gaz magmatiques pendant leur mise en place. Cette étude a montré que seules les ponces de coulées ponceuses sont susceptibles de garder des gaz magmatiques. Entre 2 et 10% de leur volume est constitué de vésicules isolées, à l'inverse des vésicules des échantillons de dômes qui sont entièrement connectées au milieu ambiant. -La dernière partie s'est attachée à estimer les vitesses de gaz libérés au cours des écoulements pyroclastiques de Montserrat. Deux sources de gaz ont été étudiées : la diffusion de l'eau du verre silicaté et la libération de l'eau exsolvée des vésicules isolées par abrasion des ponces. Seule cette dernière source semble être en mesure de fluidiser une partie des écoulements ponceux, cela pourrait expliquer la différence de mobilité entre les coulées à blocs et cendres et les coulées ponceuses observées à Montserrat

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