SOUFRIERE FACTORY

Financé par le FEDER, le Fonds européen de développement régional (1,7 million d'euros financés sur 2,8 millions au total), ce projet regroupe quatre acteurs de la recherche : L'Observatoire volcanologique et sismologique de Guadeloupe et L'Observatoire de l'eau et de l'érosion aux Antilles, tous deux dépendants de l’IPGP, l'Institut de Physique du Globe de Paris, mais aussi le BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières) et le laboratoire de recherche en géosciences et énergies de l'université des Antilles.

L'étude de volcan de la Soufrière est motivée par trois problématiques scientifiques majeures, revêtant des dimensions sociétales :

1. Les manifestations du volcan (éruptions magmatiques et phréatiques, déstabilisations de flancs et lahars) menacent directement 70 000 personnes dans le sud de l'île de Basse-Terre. Si les éruptions magmatiques ont une récurrence typiquement millénaire, les éruptions phréatiques sont beaucoup plus fréquentes avec 6 éruptions ces 300 dernières années. La dernière éruption en 1976-1977 a conduit à l'évacuation de la population de la ville de Basse-Terre pendant 5 mois et causé un impact économique majeur dont les effets se font encore ressentir aujourd'hui. L'origine de cette éruption (intrusion de magma ou simple déstabilisation du système hydrothermal) a été très débattue à l'époque dans la communauté scientifique. Cette origine ne fait toujours pas consensus aujourd'hui, témoignant de notre connaissance encore très partielle de ces phénomènes volcaniques complexes. Dans ce contexte, la reprise de l'activité du volcan, en cours depuis 1992, et s'accélérant depuis 2007, est suivie attentivement par l'Observatoire Volcanologique et Sismologique de Guadeloupe (OVSG), la communauté volcanologique nationale et internationale, les autorités préfectorales, les maires, les acteurs économiques locaux et la population.

2. Le système hydrothermal qui s'est développé au sommet et sur les flancs du volcan interagit avec la nappe phréatique, y introduisant d'importantes quantités de gaz réactifs (H2S, HCl) et de métaux lourds potentiellement toxiques. Le massif de la Soufrière étant communément désigné comme le « château d'eau de la Guadeloupe », sa contamination par le système hydrothermal menace les ressources en eau, qui constituent un problème très sensible sur l'île malgré la pluviométrie élevée. Les gaz réactifs (H2S, HCl) impactent également la qualité de l'air au voisinage su volcan, comme en témoigne le dépérissement de la végétation. D'autre part, les nombreuses sources thermales sont reconnues pour leur bienfait dans le traitement de certaines maladies.

3. Le réservoir permanent de magma à 850-900°C localisé à 5-8 kilomètres de profondeur alimente un flux de chaleur de 36.5 ± 7.9MW au niveau du volcan. Une puissance de 15,5 MW est captée à distance par la centrale géothermique de Bouillante, unique sur le territoire français. De nombreuses études géophysiques ont mis en évidence le très fort potentiel géothermique de l'environnement immédiat du volcan. Pour capter davantage cette ressource énergétique renouvelable, il est nécessaire de mieux connaitre le fonctionnement thermochimique du réacteur hydrothermal, son extension latérale, son évolution temporelle et sa dynamique en relation avec la réactivation du volcan.

    

Objectifs recherchés

L'objectif général du projet est de caractériser le système d'alimentation du volcan, depuis ses racines magmatiques profondes jusqu'à son système hydrothermal superficiel. Pour cela nous déploierons les techniques les plus modernes de pétrologie, géochimie et géophysique, dans trois actions (WP) aux objectifs purement scientifiques. Le projet comprend une quatrième action stratégique visant à contribuer concrètement au développement du territoire de la Guadeloupe.

1. (WP1) Le premier objectif consiste à utiliser les outils de la géochimie isotopique et de la micro-pétrologie pour caractériser la source des magmas dans le manteau, la structure et la dynamique des réservoirs magmatiques crustaux qui alimentent les éruptions de la Soufrière. Un objectif majeur est de comprendre comment et sur quelles échelles de temps les injections de magma profonds déstabilisent les réservoir magmatiques crustaux. Une fois le réservoir de magma déstabilisé, la volonté est de quantifier la vitesse d'ascension des magmas vers la surface. La connaissance de ces paramètres temporels est cruciale pour estimer les délais possibles entre les signaux précurseurs détectés par le réseau de capteurs de l'OVSG (e.g. sismicité, déformation, dégazage) et l'arrivée du magma en surface. Une meilleure connaissance de ces délais est fondamentale pour ajuster la réponse des autorités et la protection des populations. Cet objectif sera poursuivi via l'étude micro-pétrologique des produits des éruptions passées de la Soufrière.

2. (WP2) Le second objectif consiste à caractériser la structure et la dynamique du système hydrothermal à partir des propriétés physico-chimiques des émissions de fluides et de gaz en surface, au niveau des fumeroles sommitales, des sources chaudes et des rivières sur les flancs du volcan. Une question centrale est de mieux comprendre l'évolution du système hydrothermal en réponse au forçage magmatique qui semble augmenter depuis la réactivation du volcan en 1992. Il sera tenté notamment de détecter dans la chimie des gaz hydrothermaux les signes d'un dégazage de magma produit par décompression (remontée). Un second aspect concerne la structure du système hydrothermal. Alors que la structure du système central et superficiel localisé à moins de 700 m sous le dôme de la Soufrière a été l'objet de nombreuses études géophysiques et géochimiques, l'extension latérale du système sur les flancs du volcan de la Soufrière et sur le Sud Basse-Terre, ainsi que sa connexion au système magmatique en profondeur, restent très mal connues. Cette connaissance est cependant fondamentale pour évaluer les possibilités d'éruption excentrée, mais aussi pour l'exploration des ressources géothermiques. Pour répondre à ces questions, le suivi du dégazage au sommet du volcan sera densifier, sa cartographie sur les flancs élargie, avec le développement d'outils géochimiques innovants. Un troisième aspect concerne l'interaction entre le système hydrothermal et le système hydrogéologique. En s'appuyant sur l'expertise et les moyens de l'ObseRA, le suivi de la composition des rivières sur le sud de l'île de Basse-Terre permettra de comprendre la façon dont le volcanisme affecte les grands cycles géochimiques de la zone critique (érosion, altération, cycle du carbone, etc...) et la qualité environnementale des cours d'eau.

3. (WP3) En parallèle des approches pétrologiques et géochimique proposées dans les objectifs (1) et (2), le troisième objectif consiste à réaliser une tomographie par courant électrique induit (électromagnétique dans le domaine temporel, TDEM) de l'ensemble de la structure d'alimentation, depuis le réservoir de magma jusqu'au système hydrothermal superficiel. Cette méthode permettra d'imager la structure et l'extension des systèmes magmatique et hydrothermaux dans les trois dimensions, et d'identifier les connexions entre systèmes. 

4. (WP4) Au-delà des objectifs purement scientifiques, le projet a pour vocation de contribuer au développement du territoire de Guadeloupe par 

   • l'animation d'un réseau de recherche scientifique, impliquant les principaux acteurs en sciences de la terre sur le territoire, 

   • la contribution à la résilience face au risque volcanique, via l'optimisation du plan ORSEC volcan et l'élaboration d'un PPRN « volcan » en Guadeloupe en collaboration avec les autorités concernées,

   • la contribution à la formation par la recherche des étudiants Guadeloupéens,

   • la contribution à des efforts de pédagogie et sensibilisation de la population sur les questions des risques naturels en volcanologie, avec un focus particulier sur les risques liés à l'activité de la Soufrière.

Dans le prolongement de ce projet, un second projet financé également par le FEDER à hauteur de 751 694 € (sur un total de 884 345 €), se concentre sur l'action du BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières) qui se concentre sur l'interprétation d'un modèle de résistivité 3D à grande échelle du système magmatique interne du volcan ainsi que la production d'un modèle hydrogéologique conceptuel du volcan. Cette seconde partie du projet "SOUFRIERE FACTORY" WP3 s'intéresse particulièrement à : 

• L'interprétation conjointe du modèle de résistivité 3D à grande échelle du système magmatique interne du volcan de la Soufrière avec les résultats du WP1 - qui grâce à des approches de géochimie isotopique et de pétrologie cherchent à contraindre la dynamique du ou des réservoir(s) magmatique(s) profond(s) - permettront d'améliorer considérablement notre connaissance de la structuration et de la dynamique du système magmatique de la Soufrière de Guadeloupe (profondeurs de ou des zones de stockages, volumes de ces chambres magmatiques, vitesse de remontée des magmas vers la surface, processus de déstabilisation peu avant une éruption, etc. ). La connaissance de ces paramètres est cruciale pour estimer les délais possibles entre les signaux précurseurs détectés par le réseau de capteurs OVSG et l'arrivée éventuelle du magma en surface. Une meilleure connaissance de ces délais est fondamentale pour ajuster la réponse des autorités et la protection des populations. Cette imagerie à grande échelle de l'ensemble du massif de la Soufrière de Guadeloupe permettra aussi d'apporter des contraintes inédites sur la structuration et l'extension de système hydrothermaux externes en relation avec l'exploration de nouvelles ressources géothermiques.

• En relation avec le WP2, qui se concentrera sur le système hydrothermal actif de la Soufrière de Guadeloupe, le WP3 cherchera à élaborer un modèle hydrogéologique conceptuel du volcan de la Soufrière. Cette tache repose sur des études intégrées depuis des observations de terrain, des suivis hydrologiques multi-échelles, une approche géochimique et isotopique, et une approche de modélisation de la recharge. Le modèle hydrogéologique conceptuel qui en découlera permettra de décrire l'origine des eaux souterraines et d'en décrire les circulations le long du massif de la Soufrière. Il servira de base à l'évaluation quantitative de l'impact de l'hydrothermalisme sur la ressource en eau. L'objectif de cette partie est d'étudier les échanges hydriques et hydrothermaux en contexte volcanique actif, afin de mieux comprendre le rôle de la recharge et des interactions eaux de surface/eaux souterraines sur le fonctionnement et l'activité des hydrosystèmes volcaniques tropicaux directement en lien avec le WP2. 

Ce travail donnera lieu à une thèse de doctorat de 3 ans avec une collaboration entre le BRGM et l'IPGP-OVSG/ObsERA.