Fournaise (La Réunion) et des

Plaines de Cerberus (Mars)

Agèt agèt... Lasab lé an san La mèr lé rouz Lo san la racine volkan I fé nir la mèr rouz...

Ziskakan, Bato Fou, 1992

2.1

Introduction

Les éruptions volcaniques représentent un risque majeur pour l’Homme et son environnement. La prévision du risque volcanologique nécessite une réelle connaissance des caractéristiques géologiques, géo- physiques et thermiques des systèmes volcaniques. Avec 29 éruptions entre 1998 et 2009, le Piton de La Fournaise figure parmi les volcans les plus actifs au monde. Cet édifice fait par ailleurs l’objet d’une sur- veillance accrue du fait de son activité intense, visant à comprendre sa formation, le fonctionnement de son système magmatique ainsi que sa relation avec l’activité éruptive. Au Piton de La Fournaise, aucun signal associé à un refroidissement inter-éruptif associé au fonctionnement du système hydrothermal n’a encore été détecté. L’étude du comportement thermique du volcan en période inter-éruptive du Piton de la Fournaise fait donc l’objet de mon travail.

Dans cette thèse, la section 2.2 réalise une synthèse des connaissances géologiques, géophysiques et thermiques actuelles au Piton de La Four- naise depuis les travaux réalisées sur la structure profonde de l’édifice jusqu’aux études sur les processus superficiels. Enfin, la section 2.3 in- troduit brièvement le volcanisme de Mars et plus précisément celui des Plaines de Cerberus, zone volcanique jeune de la planète.

2.2

Le volcanisme du Piton de La Fournaise

L’Ile de La Réunion possède un volcan actif, le Piton de La Fournaise, parmi les plus actifs au monde. Durant cette thèse, j’ai étudié le rôle de l’air dans le comportement thermique de ce volcan. Nombre d’études géologiques, géophysiques et géochimiques ont été réalisés depuis 30 ans sur cet édifice et ont permis d’améliorer notre connaissance des modalités du volcanisme de point chaud.

2.2.1

Contexte géologique

Reposant sur le plateau des Mascareignes, l’Ile de La Réunion est située à environ 300 km au nord du Tropique du Capricorne et 700 km

à l’Est de Madagascar, par 21∘ de latitude Sud et 55.1∘ de longitude Est

(figure 2.1, gauche). D’une superficie de 2500 km2, elle possède une forme

ellitique d’environ 70*50 km, allongée suivant la direction NW-SE (figure

2.2. Le volcanisme du Piton de La Fournaise 33

La Réunion est un exemple de volcan intraplaque. Elle est actuel- lement le site actif d’ un point chaud qui aurait donné naissance aux trapps du Deccan en Inde Centrale il y a 65 Ma (Courtillot et al. 1986) ou qui serait plus récent et restreint à l’île (Lytwyn et Burke 1995, Burke

1996, Sheth 2005). L’édifice volcanique essentiellement sous-marin (4 %

du volume émergeant depuis 2.1 Ma (Billard et Vincent 1974) culmine à près de 7000 m de hauteur au dessus du plancher océanique, sa base possèdant un diamètre de 240 km. L’île est constituée de deux volcans s’alignant le long d’un axe Nord-Ouest / Sud-Est : le plus ancien, le Pi- ton des Neiges culmine à plus de 3000 m, inactif depuis plus de 12000 ans (Deniel et al. 1992) ; le plus récent est le Piton de La Fournaise, qui s’est construit sur le flanc Sud-Est du Piton des Neiges (figure 2.3) .

20° 0° -20° 45° 35° 55° 65 75° 85° 20.8 21.0° 21.2° 21.4° 55.2° 55.4° 55.6° 55.8° N W E S ° Piton de La Fournaise Piton des Neiges Saint Pierre Saint Denis O céan Indien Océan Indien La Réunion

Figure 2.1 – Gauche : Localisation géographique de l’Ile de La Réunion dans

l’Océan Indien. Droite : Vue générale de l’Ile de La Réunion et localisation des volcans Piton des Neiges et Piton de La Fournaise. Données NOAA et IGN.

2.2.2

Morphologie

Le Piton de La Fournaise a débuté son histoire il y a plus de 530000 ans (Gillot et Nativel 1989). L’activité de ce volcan bouclier a été jusqu’à maintenant effusive et s’est traduite en surface par un empilement de laves dont les plus anciennes peuvent être observées à l’affleurement au fond de la Rivière des Remparts, de la Rivière de l’Est ou de la Rivière Langevin.

L’étude stratigraphique de cet ensemble a permis à Bachèlery et Mairine (1990) de suggérer deux grandes phases d’édification du bouclier : une phase "Bouclier ancien" d’âge inférieur à 150000 ans et une phase "Bou- clier récent" à partir de 150000 ans (figure 2.3). Selon les mêmes auteurs, le volcan aurait connu quatre effondrements majeurs (à 300000, 150000,

500000 et 5000 ans) associées à une migration des centres éruptifs de

l’édifice d’une quinzaine de kilomètres vers l’Est / Sud Est. Ces effon- drements correspondent à de grandes dépressions imbriquées en forme de U ouvertes sur l’océan.

Les limites de ces effondrements sont marquées par de profondes vallées façonnées par l’intense érosion ou des escarpements : la Rivière des Remparts, la Rivière Langevin, le Rempart des Sables et le Rempart de l’enclos Fouqué. Ces dépressions correspondent suivant les auteurs i) soit à des limites de glissements de terrain successifs vers l’Est (Duffield et al. 1982, Gillot et al. 1994) ii) soit à des limites de caldéras emboitées successivement pendant l’évolution du volcan (Bachèlery 1981, Cheval- lier et Bachèlery 1981, Bachèlery et Mairine 1990, Bachèlery 1995).

Le cône terminal du volcan est situé dans l’Enclos Fouqué et fait 400 m de haut pour un diamètre à la base d’environ 3 km. Le sommet du cône a connu divers épisodes de comblements et effondrements qui ont façonné sa morphologie (Lacroix 1936, Bachèlery 1981). Aujourd’hui, il est constitué de deux cratères : Bory à l’Ouest et Dolomieu à l’Est qui culminent à 2631 m. Le cratère Dolomieu est de loin le plus actif (Mai

2003, Octobre 2005, Aout 2006, Janvier 2007, Septembre 2008, Décembre

2008 pour les éruptions les plus récentes) et a connu nombre d’effon-

drements en 1953, 1986, 2002 et 2007 (le plus important, 60 millions de

m3), générant une cavité en forme de cône inversé de plus de 300 m de

profondeur pour 1 km de diamètre (figure 2.2).

Au Piton de la Fournaise, les éruptions sont courantes avec en moyenne une tous les 10 mois depuis 1998. De façon étonnante, le débit

émissif du volcan (en moyenne 0.32 m3s−1) est néanmoins d’un ordre de

grandeur moins important que celui du Kilauea (Dzurizin et al. 1984). La majorité des éruptions a lieu dans l’Enclos Fouqué, sur le cône terminal et le long de deux axes d’injection préférentiels de magma de direction N10 et N170 (Bachèlery 1981). Un troisième axe inactif s’étend au Nord dans la direction N120. Les éruptions en dehors de l’Enclos Fouqué (5 %) s’alignent elles suivant les deux directions d’activité actuelle (Lénat et al.

1989). Selon Bachèlery (1981), ces axes peuvent être assimilés à des zones

de rift qui sont néanmoins de faible extension par rapport aux volcans hawaiiens ( des dizaines de km comparé aux 5 km de La Fournaise ). De plus, contrairement à Hawaii, ces axes ne semblent pas possèder de sys- tème de stokage magmatique clairement identifié et ne constitueraient donc que des zones de fracturation préférentielle. De nombreux travaux ont depuis été réalisés afin d’étudier cette fracturation (Lénat et Aubert

1982, Bachèlery et al. 1983, Lénat et Bachèlery 1990, Carter et al. 2006,

2.2. Le volcanisme du Piton de La Fournaise 35