Une crise sismo-volcanique en cours vue par la géodésie spatiale

Une crise sismo-volcanique en cours vue par la géodésie spatiale

L'épisode d'ouverture du rift du Manda Hararo (Afar Ethiopien), qui a débuté par une intrusion magmatique longue de ~65km en septembre 2005, constitue un exemple exceptionnel à la fois du fait de son ampleur et de la qualité des observations géophysiques qui ont pu être réalisées. Grâce aux techniques de géodésie spatiale, une équipe de chercheurs de l'INSU-CNRS (IPGP et LGIT) et du CEA (LDG) a analysé en détail l'événement et propose un mécanisme (un article paru récemment dans Journal of Geophysical Research).


A gauche: carte de la région du point triple Afar. Flèches noires: segments de rift avec activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.)
magmatique Quaternaire (d'après Manighetti et al. [1998]); lignes pointillées: zone de recouvrement
des rifts, avec rotation de blocs (d'après Tapponnier et al. [1990]); vecteurs gris: déplacement
des plaques tectoniques (d'après Vigny et al. [2006]). A, Asal-Ghoubbet; AL, Alayta; EA, Erta'Ale;
MER, Main Ethiopian Rift; MH, Manda Hararo; MH-G, Manda Hararo Goba'Ad; MI, Manda Inakir;
T, Tadjoura; TA, Tat'Ali. Crédits: Grandin et al. JGR 2009
A droite: vue du rift du Manda Hararo à partir de l'épaule Sud-Ouest
Bien que de nombreuses failles soient visibles au premier plan, celles-ci ne sont probablement
plus actives, car l'activité magmato-tectonique Quaternaire semble concentrée sur une zone étroite
visible au second plan (zone sombre, couverte de coulées basaltiques).
Le volcan Ado'Ale est visible à l'horizon, et fait partie de la chaîne axiale transverse au rift,
marquant la localisation du point d'alimentation magmatique principal du système de rift,
responsable de l'apport de matériel basaltique lors des événements intrusifs.
Crédits: IPGP, INSU-CNRS

Si l'on sait que les rides médio-océaniques sont des zones très particulières de notre planète où s'accommode la divergence des plaques tectoniques, on connaît encore mal le processus, lié à l'intrusion soudaine de magma dans la croûte supérieure le long de l'axe du rift. Un tel phénomène est rarement observable puisqu'il n'est accessible à l'air libre que dans deux régions du globe: l'Islande et la corne de l'Afrique.

Ainsi l'Afar est une région continentale intensément étirée, située à la jonction de trois limites de plaques, divergeant les unes par rapport aux autres. Elle coïncide avec une large remontée d'un panache du manteau (ou point chaud), initiée il y a environ 30 millions d'années. Une série de grands fossés d'effondrement (rifts) représente les "prolongements" émergés des dorsales océaniques de la Mer Rouge et du Golfe d'Aden. Ces rifts se propagent et interagissent, donnant lieu à un champ de déformation complexe. De ce fait, le triangle de l'Afar subit une intense fracturation, associée à une activité volcanique importante depuis environ 3 millions d'années.

Dans un tel contexte géodynamique, de nombreuses intrusions magmatiques en forme de murs verticaux (dykes), remontent vers la surface puis s'infiltrent horizontalement en fracturant la croûte depuis une chambre magmatique. On parle de fracturation hydraulique. Si le magma atteint la surface, il s'épanche alors générant une éruption, si il reste prisonnier de la croûte il déforme plus ou moins la surface selon la profondeur à laquelle il s'arrête. Un tel processus s'accompagne d'une activité sismique, elle aussi, plus ou moins importante.

L'épisode magmatique de septembre 2005 correspond à la mise en place d'un important dyke dans la partie nord du rift de Manda Hararo, l'un de ces segments de rift émergé. Depuis lors, une douzaine d'intrusions de moindre ampleur ont été mises en place, avec une périodicité de 3 à 4 mois .


(a) Composantes verticales (couleur) et horizontales (vecteurs) du champ de déplacement
déduit des données géodésiques InSAR, SARIO et SPOTIO.
(b) Champ de déplacement modélisé par la théorie élastique, après inversion des données
géodésiques. Grandin et al. JGR 2009

L'interférométrie radar (InSAR) et la corrélation sub-pixel d'images optiques et radar, qui consistent à comparer deux images radar ou optiques prises avant et après un événement de type éruption volcanique ou séisme, permettent de cartographier précisément la déformation de la surface terrestre, due aux mouvements sous-jacents. Ces méthodes de télédétection ont permis d'analyser les déplacements du sol consécutifs à l'intrusion magmatique dans leur trois dimensions et de déterminer les caractéristiques de cette intrusion en profondeur.

Les auteurs on pu constater qu'en septembre 2005, les épaules du rift ont été soulevées et écartées provoquant une dépression (subsidence) longue d'environ 65km de long. En considérant que la croûte est un milieu élastique, le champ de déformation observé indique que ce méga-dyke s'est ouvert en moyenne de 4 à 5 m, sur environ 10 km de hauteur, ce qui représente un volume de lave colossal (1.5 à 2 km3). Au-dessus du dyke, des failles ont glissé verticalement de 3 mètres en moyenne (failles normales), suivant un mécanisme essentiellement asismique.

Deux zones circulaires situées à l'extrémité nord du dyke ont également été affectées par de la subsidence. Elle sont interprétées comme la vidange de deux chambres magmatiques situées sous les volcans Dabbahu et Gabho. Le volume du dyke est largement supérieur au vidage estimé de ces chambres, ce qui signifie qu'une partie importante du magma basaltique qui a rempli ce dyke provient d'un autre réservoir. Ce réservoir d'alimentation est vraisemblablement situé à environ 10 km de profondeur sous le complexe volcanique d'Ado'Ale, au centre du segment magmatique, de façon similaire à ce qui est observé sur les dorsales médio-océaniques. Cette zone correspond à un bombement sur les images satellite.


(a) Topographie du rift du Manda Hararo selon une coupe transversale, et localisation des failles
normales actives en surface. Les failles en rouge ont un pendage dirigé vers l'Ouest;
les failles en bleu pendent vers l'Est.
(b) Variation de la contrainte de Coulomb induite par l'ouverture d'un dyke vertical en profondeur
(ligne blanche). Le glissement sur les failles normales situées dans la zone rouge sont fortement
mises en charge par l'intrusion du dyke; deux zones de failles synthétiques connectent le dyke
avec la surface, et accommodent la subsidence de l'axe du rift.

Comme on l'a vu, l'ascension du magma induit une fracturation hydraulique de la croûte superficielle qui s'ouvre en une grande fissure verticale où s'infiltre le magma pour former le dyke. La mise en place de ce dyke sert à combler l'extension accumulée depuis la crise précédente du fait de la lente divergence du rift sous l'effet de l'écartement des plaques tectoniques en présence. Cette activité magmato-tectonique intense contraste avec la faible sismicité et la modestie du phénomène éruptif observé en surface. Le magma reste donc en grande partie prisonnier de la croûte superficielle.

Ces observations permettent de préciser le scénario du fonctionnement de ce type de rift. Pour les auteurs, une mise en pression des chambres magmatiques sous les volcans Dabbahu et Gabho à l'extrémité nord du rift de Manda Hararo a déclenché la remontée de magma depuis le réservoir central vers la surface en fracturant la croûte. L'ouverture de cette grande fissure remplie de magma a libéré une partie des contraintes tectoniques extensives accumulées depuis le dernier épisode de rifting. Cependant, malgré son ampleur, le dyke de septembre 2005 n'a pas suffi à libérer totalement ces contraintes puisque d'autres injections régulières ont eu lieu depuis. Ces informations sont capitales pour comprendre les interactions entre chambres magmatiques, fissures et failles, ainsi que le cycle magmato-tectonique.

Source: CNRS / INSU
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