http://lib.uliege.be https://matheo.uliege.be PETROGRAPHIE ET GEOCHIMIE DES LAVES DU VOLCAN NYIRAGONGO (Nord Kivu, R. D. Congo) : INFLUENCE DE LA VISCOSITE SUR LES PARAMETRES DE PROPAGATION DES COULEES DE LAVES MENACANT LA VILLE DE GOMA Auteur : Kamate Kaleghetso, Ephrem Promoteur(s) : 5865; Vander Auwera, Jacqueline Faculté : Faculté des Sciences Diplôme : Master de spécialisation en gestion des risques et des catastrophes Année académique : 2017-2018 URI/URL : http://hdl.handle.net/2268.2/5534 Avertissement à l'attention des usagers : Tous les documents placés en accès ouvert sur le site le site MatheO sont protégés par le droit d'auteur. Conformément aux principes énoncés par la "Budapest Open Access Initiative"(BOAI, 2002), l'utilisateur du site peut lire, télécharger, copier, transmettre, imprimer, chercher ou faire un lien vers le texte intégral de ces documents, les disséquer pour les indexer, s'en servir de données pour un logiciel, ou s'en servir à toute autre fin légale (ou prévue par la réglementation relative au droit d'auteur). Toute utilisation du document à des fins commerciales est strictement interdite. Par ailleurs, l'utilisateur s'engage à respecter les droits moraux de l'auteur, principalement le droit à l'intégrité de l'oeuvre et le droit de paternité et ce dans toute utilisation que l'utilisateur entreprend. Ainsi, à titre d'exemple, lorsqu'il reproduira un document par extrait ou dans son intégralité, l'utilisateur citera de manière complète les sources telles que mentionnées ci-dessus. Toute utilisation non explicitement autorisée ci-avant (telle que par exemple, la modification du document ou son résumé) nécessite l'autorisation préalable et expresse des auteurs ou de leurs ayants droit.
77
Embed
PETROGRAPHIE ET GEOCHIMIE DES LAVES DU ......Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement Année académique 2017-2018 PETROGRAPHIE ET GEOCHIMIE
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
http://lib.uliege.be https://matheo.uliege.be
PETROGRAPHIE ET GEOCHIMIE DES LAVES DU VOLCAN NYIRAGONGO (Nord
Kivu, R. D. Congo) : INFLUENCE DE LA VISCOSITE SUR LES PARAMETRES DE
PROPAGATION DES COULEES DE LAVES MENACANT LA VILLE DE GOMA
Auteur : Kamate Kaleghetso, Ephrem
Promoteur(s) : 5865; Vander Auwera, Jacqueline
Faculté : Faculté des Sciences
Diplôme : Master de spécialisation en gestion des risques et des catastrophes
Année académique : 2017-2018
URI/URL : http://hdl.handle.net/2268.2/5534
Avertissement à l'attention des usagers :
Tous les documents placés en accès ouvert sur le site le site MatheO sont protégés par le droit d'auteur. Conformément
aux principes énoncés par la "Budapest Open Access Initiative"(BOAI, 2002), l'utilisateur du site peut lire, télécharger,
copier, transmettre, imprimer, chercher ou faire un lien vers le texte intégral de ces documents, les disséquer pour les
indexer, s'en servir de données pour un logiciel, ou s'en servir à toute autre fin légale (ou prévue par la réglementation
relative au droit d'auteur). Toute utilisation du document à des fins commerciales est strictement interdite.
Par ailleurs, l'utilisateur s'engage à respecter les droits moraux de l'auteur, principalement le droit à l'intégrité de l'oeuvre
et le droit de paternité et ce dans toute utilisation que l'utilisateur entreprend. Ainsi, à titre d'exemple, lorsqu'il reproduira
un document par extrait ou dans son intégralité, l'utilisateur citera de manière complète les sources telles que
mentionnées ci-dessus. Toute utilisation non explicitement autorisée ci-avant (telle que par exemple, la modification du
document ou son résumé) nécessite l'autorisation préalable et expresse des auteurs ou de leurs ayants droit.
Faculté des Sciences
Département des Sciences et Gestion de l’Environnement
Année académique 2017-2018
PETROGRAPHIE ET GEOCHIMIE DES LAVES DU VOLCAN
NYIRAGONGO (Nord Kivu, R. D. Congo) : INFLUENCE DE LA
VISCOSITE SUR LES PARAMETRES DE PROPAGATION DES
COULEES DE LAVES MENACANT LA VILLE DE GOMA
Mémoire présenté par KAMATE KALEGHETSO Ephrem
en vue de l’obtention du diplôme de Master de spécialisation en gestion des risques et des
catastrophes
Rédigé sous la direction du Dr Benoît SMETS, Professeur Jacqueline VANDER AUWERA,
Professeur Olivier NAMUR et Professeur Aurélia HUBERT-FERRARI
Copyright
Toute reproduction du présent document, par quelque procédé que ce
soit, ne peut être réalisée qu'avec l'autorisation de l'auteur et de l'autorité
académique* de l’Université de Liège. »
*L'autorité académique est représentée par le(s) promoteur(s) membre(s)
du personnel enseignant de l’ULiège.
Le présent document n'engage que son auteur.
Auteur du présent document : KAMATE KALEGHETSO Ephrem,
Ce travail est une œuvre de la conjugaison des plusieurs efforts de la part de l’équipe de mes
Promoteurs, en l’occurrence le Docteur Benoît Smets, les Professeurs Jacqueline Vander
Auwera, Olivier Namur et Aurélia Hubert-Ferrari. C’est grâce à leurs conseils et
encouragements que j’ai pu atteindre les résultats présentés dans ce mémoire. Je leur dis grand
merci ;
Je tiens à exprimer ma reconnaissance profonde au personnel du laboratoire de Géologie,
Pétrologie, Géochimie de l’Université de Liège et celui du Service Risques Naturels du Musée
Royal de l’Afrique Centrale de Tervuren, pour l’accueil qu’ils m’ont respectivement réservé et
pour avoir mis à ma disposition tous les moyens afin d’achever ce travail dans les meilleures
conditions ;
A travers le Professeur Pierre OZER, Coordinateur du Programme de Master de Spécialisation
en Gestion des Risques et Catastrophes de l’Université de Liège, je remercie tous les
enseignants qui sont intervenus durant toute la période de ma formation ;
Que le Dr Kayla Iacovino de Arizona State University aux Etats-Unis trouve ici l’expression
de ma gratitude pour les conseils me prodigués au commencement de ce travail et qui ont éclairé
la suite ;
Mes remerciements s’adressent également au personnel de l’Observatoire Volcanologique de
Goma, particulièrement au Comité de Gestion pour la collaboration harmonieuse et les
encouragements dont j’ai bénéficié ;
Je remercie les membres de ma famille et les amis qui n’ont cessé de me soutenir. Je pense
particulièrement à Mr Jonny-O Kambale Kaleghetso, Mme Rachel Kavira Muhingi et Mr Jean-
Paul Vitsughe.
Il serait ingrat de finir cette partie sans remercier le Gouvernement du Royaume de Belgique
qui a financé l’intégralité de ma formation à travers l’Académie de Recherche et
d’Enseignement Supérieur (ARES).
II
TABLE DES MATIERES
REMERCIEMENTS ..................................................................................................................................... I
TABLE DES MATIERES .............................................................................................................................. II
LISTE DES FIGURES .................................................................................................................................. IV
SIGLES ET ABREVIATIONS ........................................................................................................................ V
RESUME .................................................................................................................................................. VI
ABSTRACT .............................................................................................................................................. VII
I. INTRODUCTION .................................................................................................................................... 1
I.1. Généralités sur la région d’étude ............................................................................................... 1
a. Le rift est-africain ...................................................................................................................... 1
b. La province volcanique des Virunga ....................................................................................... 2
I.2. Le volcan Nyiragongo ................................................................................................................. 4
I.3. Les aléas volcaniques du Nyiragongo ........................................................................................ 5
Figure 1 : Zonation sismique de la branche occidentale du rift Est-Africain, Source : Delvaux et al., 2017 .............................. 1
Figure 2 : Province volcanique des Virunga, Source : (A) : Chorowicz, 2005 et (B) : NASA ................................................... 3
Figure 3 : Localisation de la zone d’étude et points d’échantillonnage dans les coulées de laves .............................................. 6
Figure 4 : Dimensions ville de Goma le 11 Décembre 2001 (en couleur grise). Source : USGS ............................................... 7
Figure 5 : Dimensions ville de Goma le 10 Juin 2002 (Gris : la ville, Rouge : coulées 2002). Source : USGS ......................... 7
Figure 6 : Evolution de la population de la ville de Goma, source : Service Etat civil Goma .................................................... 7
Figure 7 : Eruption à l’intérieur du cratère du volcan Nyiragongo en 2016 ............................................................................... 9
Figure 8 : Morphologie du cratère du volcan Nyiragongo en 2016. P1 : Plateforme 1, P2 : Plateforme 2, P3 : Plateforme 3 . 10
Figure 9 : Dispositif de comptage des points. A : Microscope, B : Compteur de phase ; C : Ordinateur ................................. 11
Figure 10 : Dispositif de concassage et broyage ....................................................................................................................... 12
Figure 11 : Equipement de Préparation des perles.................................................................................................................... 12
Figure 12 : Equipements de fabrication des pastilles ................................................................................................................ 13
Figure 13 : Classification des roches magmatiques selon LeBas et al., (1986) ........................................................................ 20
Figure 14 : Illustration de l’alcalinité par le diagramme triangulaire ....................................................................................... 20
Figure 15 : Diagramme de COX, 1979 ..................................................................................................................................... 21
Figure 16 : Corrélations dans les laves de 2016 à nos jours ..................................................................................................... 22
Figure 17 : Corrélations dans les laves de 2002 ....................................................................................................................... 23
Figure 18 : Corrélations dans les laves de 1977 ....................................................................................................................... 24
Figure 19 : Corrélations entre éléments en traces ..................................................................................................................... 25
Figure 20 : variation de la viscosité de l’échantillon NY17-012 tous les 10°C de diminution de température ......................... 31
Figure 21 : Relation viscosité – silice – température des laves de 2016 ................................................................................... 32
Figure 22 : variation de la viscosité de l’échantillon NY17-189 tous les 10°C de diminution de température ......................... 32
Figure 23 : Relation viscosité – silice – température des laves de 2002 ................................................................................... 33
Figure 24 : Variation de la viscosité des laves de 1977 en fonction de la température (allant de 1200°C à 1000°C) ............... 34
Figure 25 : Pentes du champ du volcan Nyiragongo ................................................................................................................ 38
Figure 26 : Aperçu de l’influence de la viscosité (Logη) sur la vitesse d’écoulement des laves du Nyiragongo ..................... 40
Figure 27 : Paramètres d’entrée encodés dans le cadre de ce travail et sortie de Q-LAVHA. Les paramètres par défaut sont
donnés dans le tableau 16 (en annexe) ..................................................................................................................................... 44
Figure 28 : Analyse de la sensibilité des paramètres Hc et Hp .................................................................................................. 45
Figure 29 : Analyse de la sensibilité de la longueur maximum ................................................................................................ 46
Figure 30 : Analyse de la sensibilité de la densité de laves ...................................................................................................... 47
Figure 31 : Analyse de la sensibilité du nombre d’itérations .................................................................................................... 47
Figure 32 : Influence de la viscosité sur la superficie de la coulée de laves de Munigi ............................................................ 48
Figure 33 : Influence de la viscosité sur la longueur de la coulée de laves de Munigi ............................................................. 49
Figure 34 : Influence du taux d’effusion sur la superficie de la coulée de Munigi ................................................................... 49
Figure 35 : Influence du taux d’effusion sur la longueur de coulée de laves de Munigi ........................................................... 50
Figure 36 : Influence de la densité des laves sur la superficie de la coulée de laves de Munigi ............................................... 50
Figure 37 : Influence de la densité sur la longueur de la coulée de laves de Munigi ................................................................ 50
V
SIGLES ET ABREVIATIONS
- R.D.Congo : République Démocratique du Congo ;
- NASA : National Aeronautics and Space Administration ;
- XRF : fluorescence des rayons X ;
- NY : Nyiragongo ;
- Q-LavHA : Quantum Lava Hazard Assessment ;
- SIG : Système d’Information Géographique ;
- OVG : Observatoire Volcanologique de Goma ;
- SRTM : Shuttle Radar Topography Mission ;
- MRAC : Musée Royal de l’Afrique Centrale ;
- VORIS : Volcanic Risk Information System ;
- UNESCO : Organisation des Nations Unies pour l’Education, la Science et
la Culture ;
- ppm : partie Par Million
VI
RESUME
Dans ce travail, nous étudions une collection d’échantillons de laves provenant des éruptions
aux flancs du volcan Nyiragongo de 1977 et 2002 et de l’activité à l’intérieur du cratère de
2016. La première partie de ce travail consiste en une analyse pétrographique et géochimique
(éléments majeurs et éléments en traces) de ces échantillons. Dans la deuxième partie, les
données géochimiques sont utilisées pour calculer la viscosité sèche de ces laves en utilisant le
modèle prédictif de Giordano et al., (2008). La viscosité est nécessaire comme paramètre
influençant le taux d’effusion et la vitesse d’écoulement des laves. Nous avons calculé ces deux
derniers paramètres pour les coulées de Munigi et Bitungulu de 2002 en utilisant le modèle de
Tallarico et al., (2006). Dans la troisième et dernière partie, nous évaluons l’influence de la
viscosité, du taux d’effusion et de la densité sur la superficie et la longueur des coulées de laves
de l’évent éruptif de Munigi en 2002 en utilisant le logiciel Q-LAVHA (Mossoux et al., 2016).
Les résultats de l’analyse pétrologique suggèrent que les échantillons que nous avons collectés
sont des foïdites, comme annoncé par les études antérieures des laves du volcan Nyiragongo.
Le logarithme de la viscosité, pour des températures de laves de 1200°C à 1000°C, est en
moyenne de 2,5 Pas pour les laves de 2002 et 2016. Par contre, dans les mêmes conditions, le
logarithme de viscosité des laves de 1977 est en moyenne de 7,5 Pas. Ainsi, la viscosité des
laves du volcan Nyiragongo évolue de façon décroissante dans le temps. Les vitesses moyennes
d’écoulement de laves de Munigi et de Bitungulu sont respectivement 6 m/s et 5 m/s. Les taux
d’effusion respectifs moyens sont 1758 m3/s et 1329 m3/s. Il en découle que dans des conditions
similaires à celles de 2002, les laves venant de l’évent de Munigi atteindraient les limites
administratives actuelles de la ville de Goma en 7 minutes du début de l’éruption. Par contre,
les coulées de laves de l’évent de Bitungulu feraient 25 minutes.
Par ailleurs, l’analyse de l’influence de la viscosité sur la propagation des coulées de Munigi
suggèrent qu’une moyenne globale de 2 Pas de diminution du logarithme de la viscosité entraîne
une augmentation de 1 km2 de superficie et 0,7 km de longueur de la coulée. Une augmentation
globale du taux d’effusion de laves de 2400 m3/s augmente de 3 km2 et 1,6 km la superficie et
la longueur de la coulée. Enfin, 450 kg/m3 d’augmentation de la densité des laves entraîne
respectivement 0,6 km2 et 0,5 km d’augmentation de la superficie et de la longueur de la coulée.
VII
ABSTRACT
In this work, we are studying samples from lava collected following successive eruptions on
the side of the Nyiragongo volcano, between 1977 and 2002, as well at the inside of the crater
in 2016. First part of the work concerns the petrographic and geochemical (major and traces
elements) analysis of these samples. In a second part, geochemical data are used to calculate
the viscosity of these lavas, using the predictive model of Giordano et al., (2008). Viscosity is
an important parameter influencing the effusion rate and lava flow speed. We have calculated
these two last parameters for the 2002 lava flows of Munigi and Bitungulu, using Tallarico et
al. (2006) model. Within the third and last part we evaluate the influence of viscosity, effusion
rate and density on superficies and length of Munigi lava flow using Q-LAVHA software
(Mossoux et al., 2016).
Petrology analysis results points to foidites samples as previously mentioned in previous studies
of the same volcano. The logarithmic value of viscosity, for lava’s temperatures around 1000
°C to 1200°C is around 2.5 Pa.s for lavas collected from 2002 to 2016 eruptions, while it is 7.5
Pa.s in average for the lavas from 1977’s eruption. So the viscosity from Nyiragongo’s lava
seams to decrease with time. The average lava flow speed of Munigi and Bitungulu are
respectively 6 m/s et 5 m/s. Corresponding effusion rates are 1758 m3/s and 1329 m3/s. So in
similar conditions as in 2002, lavas from the Munigi eruptive vent would reach the
administrative boundaries of Goma in only 7 minutes after the beginning of the eruption. For
the conditions of Bitungulu’s eruption, it would take 25 minutes.
The analysis of the influence of viscosity over the Munigi lava flow spread suggests that a
global decreasing of 2 Pas of the logarithmic value of viscosity would lead to an increase of 1
km² superficies and 0.7 km length of the lava flow. A global increase of the effusion rate to
2400 m3/s increases to 3 km2 and 1.6 km superficies and length of the lava flow. 450 kg/m3
increase of the density of the lava leads to respectively 0.6 km2 and 0.5 km increase in
superficies and length of the lava flow.
1
I. INTRODUCTION
I.1. Généralités sur la région d’étude
a. Le rift est-africain
Le système du rift est-africain parcourt les plateaux éthiopiens et est-africains et forme une
structure longue de 6 000 kilomètres, développée à la suite de l'activité du panache mantellique
qui a commencé sous l'Afrique de l'Est (Roberts, 2012). Le volcanisme à l’est est plus étendu
et est distribué tout au long de la branche orientale, tandis que le volcanisme dans la branche
occidentale est confiné dans des zones de transfert.
Si le volcanisme de la branche orientale est plus répandu et important en terme de dépôts
volcaniques, la branche ouest, au niveau des Virunga, reste néanmoins très active, avec 2 des
volcans les plus actifs d’Afrique (Hamaguchi, 1983; Mishina, 1983 ; Mishina et al., 1983 ).
La branche occidentale s’étend sur 2100 kilomètres, depuis le lac Albert au Nord jusqu’au lac
Malawi au Sud. Elle est bordée par des systèmes de failles normales à angle élevé limitant d’un
côté des bassins en forme de cuiller et composée de plusieurs différents segments : Le segment
Nord de la branche occidentale du rift est-africain comprend le lac Albert et est associé aux
bassins du lac Edouard et du lac Kivu, avec une tendance directionnelle NNE à NS, le segment
Figure 1 : Zonation sismique de la branche occidentale du rift Est-Africain, Source : Delvaux et al., 2017
2
central de direction NW-SE est associé aux bassins des lacs Tanganyika et Rukwa, le segment
Sud principalement associé au lac Malawi et à des petits bassins plus au Sud (Fig.2 A)
(Chorowicz, 2005). Les estimations de profondeur de la croûte de 20 à 30 km, la géométrie de
renversement des bassins asymétriques et la sismicité dans toute la gamme de profondeur de 0
à 30 km suggèrent que les failles de bordure planes pénètrent dans la croûte (Ebinger, 1989).
Ces deux dernières décennies la plupart de séismes dans la branche occidentale ont été localisés
à l’Ouest de la chaine volcanique des Virunga et dans le bassin du lac Kivu (Fig.1) (Delvaux et
al., 2016).
b. La province volcanique des Virunga
La province volcanique de Virunga se situe dans une vaste région de soulèvement et de
déformation extensionnelle associée à une asthénosphère anormalement chaude au Nord du lac
Kivu (Fig. 2 B). Le rifting se localise au niveau des ceintures orogéniques le long des marges
du Craton Archéen, et l’extension de la croûte se propage vers le sud, loin des zones touchées
par le rifting au Mésozoïque. Les données géochimiques, géophysiques et structurales indiquent
toutes qu’une extension relativement faible et une fusion partielle de la lithosphère ont eu lieu
dans la région (Ebinger, 2002).
Dans la partie Nord de la branche occidentale du rift est-africain, les laves potassiques sous-
saturées en silice et des tuffs carbonatitiques caractérisent le champ volcanique de Toro-Ankole
dans le Sud-Ouest de l’Ouganda. Ces laves contiennent des teneurs en silice variant entre 31,8
% et 42,8 %, des teneurs élevées en CaO et K2O supérieures à 16,6 % et 7 % respectivement
(Rosenthal, 2009).
Outre les six principaux volcans dormants (Muhavura, Gahinga, Sabinyo, Visoke, Karisimbi et
Mikeno), la province volcanique des Virunga abrite aussi deux volcans qui demeurent parmi
les plus actifs d’Afrique : Le Nyiragongo et le Nyamulagira (Fig.2 B) ; ce qui fait de cette région
la cible d’une combinaison de plusieurs types d’aléas volcaniques et environnementaux.
Les données géochronologiques des laves du centre et de l’Est de la province volcanique des
Virunga indiquent que les dernières éruptions datent de la fin du Pléistocène. En effet, des
échantillons de coulées du volcan Mikeno ont été datés à 0,2 ± 0,1 Ma par Guibert et al., (1975).
Les travaux de Bagdasaryan et al., (1973) et Rogers et al., (1998) renseignent pour le volcan
Sabinyo des tranches d’âge de 65 ± 25 et 176 ± 30 ka. Les coulées du Karisimbi quant à elles,
datent de 0,010 ± 0,007 Ma selon les travaux de De Mulder et Pasteels, (1986), alors que Rogers
3
et al., (1998) renseignent pour les coulées à leucite du volcan Muhavura des âges de 33 ± 9 ka
et 52 ± 19 ka (Barette et al., 2016).
Les laves de la province volcanique des Virunga sont géographiquement variées. Le volcan
Nyamulagira se caractérise par des basaltes à olivine contenant généralement 0 à 12 % de
phénocristaux et ayant des teneurs en silice pouvant être supérieures à 40 %. Par contre, les
laves du volcan Nyiragongo, situé à environ 12 Km du Nyamulagira sont réputées très alcalines
et sous-saturées en silice. Elles sont caractérisées par la melilite, la népheline et la leucite
Figure 2 : Province volcanique des Virunga, Source : (A) : Chorowicz, 2005 et (B) : NASA
Muhavura
Gahinga
Sabinyo
Visoke Mikeno
Karisimbi Nyiragongo
Nyamulagira
A
B
Lac Kivu
4
(Demant, 1994). Les champs des volcans Mikeno et Visoke affichent des tephrites, basanites,
phonotéphrites et foïdites ; alors que le Karisimbi montre une tendance à la différenciation (De
Mulder, 1985 ; De Mulder et al., 1986 cité par Barette et la 2016). Une tendance à la
différenciation similaire est observée dans les laves du volcan Gahinga, donnant ainsi des
trachybasaltes et rarement des trachyandésites. Le volcan Sabinyo présente également une
différenciation allant des trachybasaltes aux trachydacites, alors que les laves du volcan
Muhavura varient entre tephrites basanites, basaltes, trachybasaltes à trachyandésites (Barette
et al., 2016).
La composition en éléments majeurs et traces, et les données isotopiques du Sr et du Nd
mesurées dans une série de laves mafiques de la province volcanique du Kivu (Sud de la
branche ouest du Rift est-africain) suggèrent que la source située dans le manteau lithosphérique
continental sous-jacent est hétérogène à petite échelle (< 1 km). Les rapports isotopiques et les
éléments en traces dans ces laves mafiques varient systématiquement en fonction de la
localisation géographique (Furman, 1999).
I.2. Le volcan Nyiragongo
Le volcan Nyiragongo est bien connu pour son dynamisme éruptif de type Hawaïen (Sadaka et
al., 2003) et son lac de lave persistant, qui est le plus large sur Terre (Smets et al., 2017). Son
sommet culmine à 3470 mètres d’altitude, avec un diamètre de 1,3 kilomètre. En 1977 et 2002,
le volcan Nyiragongo est entré en éruption, avec des coulées de laves sortant de fissures
localisées principalement sur son flanc sud. Jusqu’à l’éruption du 10 Janvier 1977, un lac de
lave était persistant dans le cratère du volcan Nyiragongo (probablement) depuis 1928 (Tazieff,
1977 ; Hamaguchi et al., 1992). Après une trêve d’environ quatre ans un autre lac de lave
réapparut brièvement de 1982 à 1983 (Tazieff, 1984). Douze ans après, une activité intense
reprend à l’intérieur du cratère du volcan Nyiragongo le 23 Juin 1994 ; le lac de lave se reforme
(Smithsonian Institution, 1995 cité par Tedesco, 2003). Mais très rapidement, la surface de ce
lac se figea, laissant ainsi la lave liquide sous une croûte solide (Tedesco, 2003). En
conséquence, l’augmentation de la pression magmatique sous la croûte solide figée a facilité la
migration de la lave dans les fractures principales du flanc Sud de l’édifice volcanique. Outre
cette pression magmatique, la séismicité tectonique fréquente dans la région a pu être un facteur
supplémentaire du déclenchement de l’éruption du 17 Janvier 2002. En effet, en 2002, la
réactivation des anciennes fractures ouvertes en 1977 couplée à l’ouverture des nouvelles autres
a permis la propagation rapide des laves sur la ville de Goma à partir de trois principaux évents
5
éruptifs créés au flanc Sud du volcan Nyiragongo (Fig. 3), notamment au Shaheru (le plus au
nord), à Munigi (le plus au sud) et à Bitungulu (du côté sud-ouest du Shaheru). Par ailleurs, les
travaux de Wauthier et al., (2012) suggèrent que le scénario le plus probable pour l’éruption de
2002 est que l’approvisionnement en magma dans le réservoir plus profond a commencé dix
mois avant l’éruption, comme signalé par les séismes de longue période. L’analyse des
contraintes indique un système de deux dykes situés à des profondeurs différentes. Le dyke
profond aurait permis l’injection du magma du lac et du réservoir peu profond dans le dyke
éruptif. D’où l’ouverture de ce dyke peu profond auquel se transmettait étroitement le magma.
D’autres hypothèses suggèrent que l’énergie ayant concouru à la fracturation massive en 2002
était supplée par des évènements tectoniques régionaux (Colclough, 2005).
I.3. Les aléas volcaniques du Nyiragongo
Le volcan Nyiragongo est la principale menace naturelle de la ville de Goma mis à part les
fortes concentrations en gaz qui sont dissoutes dans l’eau du lac Kivu et qui pourraient conduire
à une éruption limnique et faire de nombreux décès par asphyxie ainsi que les aléas
environnementaux. Le flanc Sud du volcan Nyiragongo est un versant de triste mémoire pour
les habitants de Goma à cause des deux coulées de laves historiques qui se sont déversées vers
la ville. L’éruption de ce volcan le 17 Janvier 2002 constitue le cas le plus récent et le plus
remarquable d’une coulée de lave dans la ville de Goma. Il représente également l'un des très
rares cas de victimes directes de coulées de lave, en raison des vitesses d’écoulement élevées,
allant jusqu'à des dizaines de kilomètres par heure (Favalli et al., 2009). Deux principales
cheminées de coulées de laves se sont alors répandues sur Goma, une ville jadis de près de
400.000 habitants (service d’état civil, ville de Goma) et de près de 25 km2 de superficie (USGS,
2002).
Les deux principales coulées de laves de 2002 qui ont atteint la ville en ont détruit près de 2,66
Km2, soit près de 10,5 % de la superficie totale. Nous avons calculé ces valeurs à partir des
images Landsat (USGS) de 2001 et 2002 classifiées (Fig.4 et 5).
Ces dix dernières années, la vulnérabilité de Goma face aux coulées de laves du volcan
Nyiragongo a considérablement augmenté suite à la croissance spectaculaire de la ville qui s’est
rapprochée de près de 3 km du volcan. En effet, entre 2002 et Décembre 2016, la superficie et
la démographie de la ville de Goma ont triplés et sont passées respectivement de 25 km2 (Fig.
4 et 5) à plus de 75 km2 (Fig. 3) et 400.000 à 900.000 habitants (Fig. 6).
6
Néanmoins, l’aléa coulée de lave est principalement fonction des propriétés rhéologiques des
laves émises (viscosité), de la vitesse d’écoulement, du taux d’effusion et de la topographie du
terrain qui contrôlent la propagation des coulées. Une bonne connaissance de ces paramètres
et leur interdépendance reste une clé importante pour mieux comprendre le dynamisme éruptif
du volcan Nyiragongo et atténuer les risques liés aux coulées de laves sur ses flancs.
L’ensemble de ces paramètres constituent le cœur principal de ce Travail de Fin d’Etudes de
Master de Spécialisation en Gestion des Risques et Catastrophes à l’Université de Liège.
Figure 3 : Localisation de la zone d’étude et points d’échantillonnage dans les coulées de laves
Muhavura
Gahinga
Sabinyo
Visoke
Karisimbi
Mikeno
Nyiragongo
Nyamulagira
7
I.4. Contexte et Problématique
L’étude des laves du volcan Nyiragongo remonte aux travaux pionniers des scientifiques :
Thure G. Sahama et Marcel Denaeyer. Les publications scientifiques sur ce sujet se sont
focalisées principalement sur la description de la composition chimique et pétrographique, la
modélisation pétrogénétique et la classification (e.g. Sahama, 1956, 1957, 1958, 1960, 1961,
Figure 6 : Evolution de la population de la ville de Goma, source : Service Etat civil Goma
Figure 4 : Dimensions ville de Goma le 11 Décembre 2001 (en couleur grise). Source : USGS
Figure 5 : Dimensions ville de Goma le 10 Juin 2002 (Gris : la ville, Rouge : coulées 2002). Source : USGS
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
900000
1000000
No
mb
re d
'hab
itan
ts
Années
Population de Goma
HOMMES FEMMES GARCONS FILLES TOTAL
8
1964, 1968, 1973 ; Sahama et Meyer, 1958 ; Denaeyer, 1960, 1963 ; Hertogen et al., 1985 ;
Demant et al., 1994 ; Santo et al., 2003 ; Barette et al., 2016). Le volcan Nyiragongo est
caractérisé par des laves fortement sous saturées en silice, riches en népheline et melilite. La
leucite, le pyroxène et l’olivine y sont généralement moins abondantes. D’autres minéraux
comme le plagioclase, la titanomagnétite et l’apatite peuvent également être visibles dans des
roches de certains évents du flanc Sud de l’édifice.
Giordano et al. (2007) et Morrisson (2016) ont estimé la viscosité des laves du volcan
Nyiragongo à partir d’expériences en laboratoire, respectivement via un cylindre concentrique
ainsi qu’une rhéométrie de micropénétration et des viscosimètres ; mais sans utiliser la
géochimie et la microstructure des laves. Une des motivations de ce travail est d’analyser, par
des méthodes modernes, l’évolution géochimique et microstructurale des roches du volcan
Nyiragongo émises lors de récentes éruptions aux flancs de 1977, 2002 et 2016-présent à
l’intérieur de son cratère (Fig. 7). L’objectif principal est de calculer la viscosité et la densité à
partir de ces données.
Par ailleurs, on dispose de très peu d’informations sur la vitesse d’écoulement des laves du
Nyiragongo lors des éruptions de flancs. Komorowski et al. (2003) ont estimé entre 20 et 60
km/h la vitesse des coulées de 2002 sur le versant Sud-Est du cône du Shaheru à partir des
témoignages des rescapés de Kibati, village situé sur le flanc est du volcan Nyiragongo. Pour
les coulées de laves de 1977, Pottier (1978) a estimé la vitesse d’écoulement entre 15 et 20
km/h. Nous utiliserons dans la suite les valeurs de la viscosité et la densité calculées à partir de
la géochimie et la microstructure des laves ainsi que les paramètres topographiques et l’étendue
(volume) des coulées pour calculer la vitesse d’écoulement et le taux d’effusion des laves au
flanc Sud du volcan Nyiragongo lors de l’éruption de 2002.
Par ailleurs, des travaux de simulation de coulées de laves de 2002 au flanc Sud du volcan
Nyiragongo ont été faits par Favali et al., (2009) en utilisant le code « DOWNFLOW » et
Syavulisembo (2013) en utilisant VORIS 2.0.1. Ces travaux ont tenu compte de données
d’entrée seulement relatives au terrain et le volume des coulées, en l’occurrence la position de
l’évent éruptif, la topographie, le nombre d’itérations, l’épaisseur et la longueur des coulées. A
la différence de ces travaux antérieurs, nous proposons dans ce travail une simulation de la
propagation des coulées de laves plus exhaustive qui prend également en compte l’influence de
la viscosité, du taux d’effusion et de la densité des laves en utilisant le logiciel Q-LAVHA
9
Enfin, une maitrise avancée et globale des aspects évoqués ci-dessus relatifs aux laves du volcan
Nyiragongo ainsi que leurs interrelations est nécessaire et contribue potentiellement à la
réduction des risques liés aux coulées de laves sur les flancs de ce volcan, principale menace
naturelle permanente jusqu’à présent sur la ville de Goma, en République Démocratique du
Congo ; d’où la pertinence de ce travail.
I.5. Délimitation et objectifs de ce travail
- L’analyse chimique et pétrographique des échantillons de roches volcaniques des
éruptions de flancs de 1977 et 2002 et des laves émises par le nouvel évent qui s’est
ouvert en 2016 dans le cratère principal (fig.3) ;
- Le calcul de la viscosité et de la densité de ces laves ;
- L’évaluation de l’influence de la viscosité sur la vitesse d’écoulement et le taux
d’effusion des laves lors des éruptions au flanc sud de 2002 ;
- L’évaluation, par des tests de simulation de coulées dans le logiciel Q-LAVHA, de
l’influence des valeurs de la viscosité, du taux d’effusion et de la densité calculées sur
la superficie et la longueur maximum des coulées de laves au flanc sud du volcan
Nyiragongo.
Figure 7 : Eruption à l’intérieur du cratère du volcan Nyiragongo en 2016
Le dynamisme du volcan Nyiragongo, sa
position en plein parc naturel classé
patrimoine mondial par l’UNESCO et sa
proximité avec d’importantes
agglomérations urbaines comme la ville de
Goma en République Démocratique du
Congo et la ville de Gisenyi au Rwanda
suscitent une large curiosité de la
communauté scientifique tant locale
qu’internationale.
Dans sa suite, ce travail se limite à :
10
I.6. Matériels et méthodologie utilisés
I.6.1. Matériels et démarche méthodologique
a. Echantillonnage sur terrain
Les échantillons des laves de l’activité éruptive à l’intérieur du cratère de 2016-présent, ceux
de l’évent éruptif du Shaheru en 2002 et ceux de 1977 ont été collectés par le Professeur Olivier
Namur de KU Leuven et Dr Benoît Smets lors de l’expédition scientifique internationale au
sommet du volcan Nyiragongo parrainée par les Chercheurs du Musée Royal de l’Afrique
Central de Tervuren en Belgique, en collaboration avec l’Observatoire Volcanologique de
Goma du 9 au 20 Juin 2017. Ceux de l’activité intra-craterale de 2016-présent sont de petites
boules de laves projetées sur la deuxième plateforme intérieure du cratère (P2 sur Fig.8) à partir
de l’évent éruptif localisé sur la troisième plateforme (P3 sur Fig.8).
Pour ces deux coulées, nous avons échantillonné les évents, les milieux et les fronts respectifs.
En tout, nous avons fait une collection de 35 échantillons, dont 15 échantillons pour l’activité
éruptive de 2016-présent dans le cratère, 17 et 3 échantillons pour les coulées de 2002 et 1977
respectivement. Nous avons fait toutes les préparations et analyses au laboratoire de Géologie,
Pétrologie et Géochimie de l’Université de Liège en Belgique sous la supervision de Professeur
Jacqueline Vander Auwera et Nicolas Delmelle.
P1 P2 P3
Figure 8 : Morphologie du cratère du volcan Nyiragongo en 2016. P1 : Plateforme 1, P2 : Plateforme 2, P3 : Plateforme 3
Pour les autres laves de 2002, nous avons
échantillonné toutes les roches émises à
partir de deux autres évents éruptifs du
flanc Sud du volcan Nyiragongo : L’évent
de Bitungulu situé du côté Sud-Ouest du
Shaheru à 1862 m d’altitude. Cette coulée a
fait 10 km de longueur détruisant ainsi les
quartiers du nord-ouest de la ville de Goma
(fig.3 et 4). L’évent de Munigi est le plus
au sud, à 1583 m d’altitude, à quelques
mètres de l’aéroport international de Goma
et dont la coulée a détruit les quartiers de
l’Est la ville jusqu’à avancer quelques
mètres dans le lac Kivu (fig.3 et 4).
11
b. Microscopie
Pour des analyses microstructurales, nous avons confectionné au total 27 lames minces dont 15
lames des laves de 2016-présent, 9 lames de 2002 et 3 lames de 1977. Nous avons premièrement
utilisé le microscope polarisant de type « Optika » pour la détermination et la nomenclature des
minéraux. Pour caractériser la structure dans nos échantillons de laves, nous avons fait des
observations en lumière transmise, nicols parallèles et croisés.
Nous avons par la suite utilisé le microscope polarisant de type « Olympus » connecté à un
ordinateur sur lequel est installé le logiciel « PELCON » pour le comptage de différentes
c. La Géochimie
Les 35 échantillons collectés ont fait l’objet d’analyses géochimiques par spectrométrie de
fluorescence des rayons X (XRF). Nous avons ainsi préparé les perles pour analyser les
éléments majeurs et les pastilles pour analyser les éléments en traces. De manière à éliminer
les impuretés, les traces d’altération et de marteau lors de l’échantillonnage sur terrain, nous
avons d’abord nettoyé les échantillons à la scie et l’eau (Fig.10 A). Nous les avons par la suite
séchés à l’étuve à une température de 100 °C pendant 3 heures (Fig.10 B).
phases dans les lames minces, en l’occurrence
les cristaux, la matrice et les vacuoles. Le
dispositif comprend le microscope polarisant,
un ordinateur outillé du logiciel « PELCON »
et un compteur de phases, tous interconnectés
(Fig.9). Nous avons confondu toutes les
variétés des cristaux, l’objectif étant de
déterminer uniquement la proportion de la
phase des cristaux tous confondus. Nous
avons également considéré comme
microphénocristaux tous les grains dont la
taille est supérieure ou égale à 100 µm. Tous
les grains de taille inférieure ou égale à 100
µm ont été classés dans la matrice.
A
B
C
Figure 9 : Dispositif de comptage des points. A : Microscope, B : Compteur de phase ; C : Ordinateur
12
Préparation des perles
Pour chacun des échantillons, nous avons pris environ 1g de poudre dans un creuset en
porcelaine que nous avons calciné au four jusqu’à 1000 ° C pendant 24h (Fig.11A). Nous avons
par la suite refroidi au dessiccateur (Fig. 11B) et avons noté les différents poids après
calcination. De poudres calcinées, nous avons récupéré entre 340 et 350 mg dans les creusets
en platine et mélangé au flux dont nous avons calibré la quantité en multipliant les poids des
poudres calcinés récupérés dans les creusets en platine par 11. Nous avons enfin fait la fusion
de ces mélanges au four (Fig.11D) pour avoir les pattes avec lesquelles nous avons fait les
perles après refroidissement (Fig.11E).
A
B
C
D
A B C
D
E
Figure 10 : Dispositif de concassage et broyage
Figure 11 : Equipement de Préparation des perles
Nous avons enfin concassé un à un jusqu’à
obtenir des grains de 4 à 5 mm de
dimensions avant de les broyer à la
Pulverisette dans des garres en agate que
nous avons tourné à 350 tours/seconde
pendant 45 minutes (Fig.10 C et D) afin
d’obtenir une poudre avec une
granulométrie de près de 1µm.
13
Préparation des pastilles
Pour obtenir les pastilles, nous avons utilisé, pour chacun des échantillons, environ 7g de
poudres issues directement du broyage et que nous avons mélangé, chaque fois, à 2 ml de colle
liquide. Nous avons réchauffé ces mélanges à la lampe infra-rouge pour en éliminer les volatils.
Nous avons par la suite placé les mélanges secs dans la moule puis à l’instrument de presse
(Fig.12 B) pendant environ sept minutes pour obtenir les pastilles (Fig.12 C).
d. Simulations des coulées
Pour évaluer l’influence de la viscosité, du taux d’effusion et de la densité des laves sur la
propagation des coulées, nous avons utilisé le logiciel Q-LAVHA (Mossoux et al., 2016) qui
constitue un modèle de simulation de coulées de laves probabiliste et qui contient également
FLOWGO, un modèle thermo-rhéologique développé par Harris et Rowland (2001).
I.6.2. Utilisation des résultats
Les oxydes majeurs et les éléments en traces obtenus des analyses chimiques par fluorescence
des rayons X nous ont permis de contribuer à la caractérisation géochimique des roches du
volcan Nyiragongo. Nous avons ainsi utilisé le logiciel « IGPET » pour représenter ces résultats
dans le diagramme de Le Bas et al., (1986) pour la classification. Dans cette partie, l’abondance
des cristaux observés dans les lames au microscope nous a permis d’avoir une classification
très précise de ces roches. Nous avons, en plus, utilisé les dix oxydes majeurs pour calculer les
valeurs de viscosité de la lave liquide pour chaque échantillon selon le modèle prédictif de
Giordano et al., (2008) ainsi que les valeurs de densité selon l’expression de Bottinga et al.,
(1970). Nous explicitons ces modèles en détail dans la suite. Grâce aux différentes proportions
de cristaux calculées dans chaque échantillon par comptage des points au microscope, nous
Moule
A B
C
Figure 12 : Equipements de fabrication des pastilles
14
avons calculé les valeurs de viscosité relative prenant en compte la phase minérale dans chaque
échantillon selon le modèle développé par Carrichi et al. (2007).
A partir des valeurs de viscosité et de densité obtenues, nous avons calculé les vitesses
d’écoulement et les taux d’effusion des laves de Munigi et Bitungulu en nous basant sur la
démarche de Tallarico et al. (2006).
Enfin, nous avons utilisé des valeurs de viscosité, du taux d’effusion et de la densité pour
évaluer l’influence de ces paramètres sur la longueur et la dispersion des coulées de laves en
utilisant le logiciel Q-LAVHA. Nous avons considéré ici l’évent de Munigi de l’éruption de
2002, qui est le plus au Sud (en plein quartier périphérique de la ville).
Tous les modèles et démarches annoncés dans cette section sont explicités dans la suite de ce
document.
I.6.3. Apport des résultats de ce travail dans la politique de réduction des risques
volcaniques à Goma
Ce travail vise à compléter l’interprétation des précédentes études géochimiques et
pétrographiques des laves du volcan Nyiragongo citées dans la section I.4 de ce travail. Il donne
une nouvelle orientation de l’utilisation de ces données dans le calcul de la viscosité des laves,
de la vitesse d’écoulement aux flancs et du taux d’effusion. L’intégration, avec précision, de
ces informations sur le Nyiragongo dans les modèles de simulations des coulées de laves
permettra d’améliorer les scénarios de propagation des coulées de laves dans la région de Goma
lors de prochaines éruptions.
Ceci donne à l’Observatoire Volcanologique de Goma, le service de la Protection Civile et tous
les partenaires concernés la possibilité d’élaborer une planification d’urgence efficace et
pratique ; ce travail contribue donc à l’atténuation des risques liés aux coulées de laves dans la
région de Goma dans le futur.
15
II. DESCRIPTION MICROSCOPIQUE DES ECHANTILLONS
Une analyse pétrographique est essentielle pour connaître la composition d’une roche et la
classer. La description peut se faire macroscopiquement à l’échelle de l’affleurement ou de
l’échantillon et microscopiquement à l’échelle d’une lame mince à l’aide du microscope
polarisant ou du microscope électronique à balayage ou encore par analyse par microsonde
électronique. La microscopie pétrographique inventée au début du XIXème siècle travaille en
lumière transmise avec de la lumière polychromatique polarisée. Elle utilise des lames minces
de roches dont l’épaisseur est maintenant standardisée à 30 µm, permettant à la plupart de
minéraux silicatés d’être transparents (Montel et al., 2014).
Généralement, les roches volcaniques sont incomplètement cristallisées. La phase vitreuse ou
microcristalline peut occuper la quasi-totalité du volume de la lave, ce qui rend parfois
l’identification visuelle compliquée. Les minéraux réellement identifiés, souvent à l’échelle
d’une lame mince, sont dits « minéraux modaux » (Rossier, 2012).
II.1. Description minéralogique des laves de 2016-présent, 2002 et 1977
Pour rappel, nous avons considéré dans cette étude les laves émises lors de trois récentes
éruptions du volcan Nyiragongo, à savoir les éruptions aux flancs du 10 Janvier 1977, 17
Janvier 2002 et à l’intérieur du cratère de 2016-présent. L’éruption de 2002 est constituée de
quatre principaux évents éruptifs différents donnant lieu à trois coulées différentes de laves au
flanc Sud : l’évent du Shaheru, l’évent de Bitungulu et l’évent de Munigi. Le point de sortie
des laves de Mudjoga n’a fait que réactiver le cône préexistant portant le même nom (Fig.3 et
25). Pour des analyses microscopiques, nous avons confectionné 15 lames minces pour
l’activité éruptive dans le cratère de 2016-présent, 1 lame pour la coulée du Shaheru (2002), 3
lames pour Mudjoga (2002), 3 lames pour la coulée de Bitungulu, 2 lames pour la coulée de
Munigi et 3 lames pour la coulée de 1977.
Les échantillons de laves émises en 2016 contiennent tous abondamment de la néphéline suivie
du pyroxène, généralement en phénocristaux. La leucite et la melilite sont très rares. Ces deux
derniers minéraux ont été visibles seulement dans deux échantillons différents sur les 15
analysés. L’olivine est très peu abondante, et quand elle est visible, elle est souvent sous forme
de microlithes qu’on peut facilement confondre avec la matrice. Dans ces roches, la néphéline
et la melilite se caractérisent par une forme rectangulaire, un clivage pauvre et une extinction
droite. La néphéline est de teinte grisâtre. Il en est de même pour la melilite mais avec des
16
bordures jaunâtres à rougeâtres. L’olivine présente des teintes verdâtres, avec parfois des petites
taches roses. Le pyroxène, quant à lui, développe des plans de clivage transversaux et est de
teinte jaune. Par ailleurs, la leucite présente des teintes sombres.
Les échantillons de coulées de laves de 2002 s’avèrent très pauvres en phénocristaux
comparativement à ceux de 2016-présent. En effet, tous les échantillons des coulées venant des
évents éruptifs de 2002 contiennent uniquement des microlithes de néphéline, pyroxène et
quelques traces d’olivine, sauf l’échantillon du front de coulée venant de Mudjoga qui contient
quelques phénocristaux de pyroxène.
Par contre, les échantillons récoltés dans les coulées de 1977 sont riches en phénocristaux de
leucite, néphéline et parfois du pyroxène. L’olivine apparaît dans un seul échantillon sous forme
de micro-phénocristal. Une particularité est que ces laves se caractérisent par des jolies macles
tantôt de leucite-néphéline-pyroxène, tantôt de leucite-néphéline ou de pyroxène seul.
II.2. Analyse pétrographique quantitative des échantillons
L’analyse quantitative des échantillons de laves émises par le volcan Nyiragongo en 1977, 2002
et 2016-présent révèle des faibles proportions de cristaux ; les échantillons de 2016 ont des
proportions légèrement élevées en cristaux par rapport à ceux de 1977 puis 2002. En effet, les
proportions dans les échantillons de 2016 sont dans l’ordre de 8% de cristaux, tous confondus,
75% de matrice et 15% de vacuoles. Ceux de 1977 sont dans le même ordre en termes de
proportion de cristaux mais contiennent plus de vacuoles (30% en moyenne). Les coulées de
2002 sont dernières, avec moins de 5% de proportions de cristaux et près de 20% de vacuoles
Avec Ϋ la contrainte (pression) ; mais qui est négligée dans ce travail car 0< ϕ≤0,3.
Echantillon Paramètres Fraction
des
cristaux
Viscosité
relative (r)
ϕmax δ α γ ϕ
NY17-10 4,44 7,15 0,99 5,33 0,037 1,09
NY17-002 4,44 7,15 0,99 5,33 0,088 1,22
NY17-181 4,44 7,15 0,99 5,33 0,02 1,05
NY17-192 4,44 7,15 0,99 5,33 0,045 1,11
NY17-187 4,44 7,15 0,99 5,33 0,02 1,05
NY17-146 4,44 7,15 0,99 5,33 0,004 1,01
NY17-144 4,44 7,15 0,99 5,33 0,072 1,17 Tableau 5 : Valeurs calculées des paramètres de calibration et de viscosité relative en fonction des fractions des cristaux
Les laves du volcan Nyiragongo de 1977, 2002 et 2016-présent contiennent des proportions très
faibles des cristaux. En conséquence, l’influence des cristaux sur la viscosité est également
faible. Le tableau 5 donne les valeurs de différents paramètres ainsi que les viscosités relatives
calculées sur base des proportions des cristaux dans les laves étudiées. Toutes ces viscosités
relatives sont inférieures aux valeurs de viscosité du liquide que nous avons calculées ci-dessus
(tableaux 13, 14 et 15).
IV.2. Densité des laves du volcan Nyiragongo de 2016-présent, 2002 et 1977
Echantillon
Densité à 1200°C
(Kg/m3)
Densité à 1150°C
(Kg/m3)
Densité à 1100°C
(Kg/m3)
Densité à 1050°C
(Kg/m3)
Densité à 1000°C
(Kg/m3)
NY17-012 2408 2422 2436 2450 2463
NY17-021 2410 2423 2437 2452 2466
NY17-023 2410 2424 2438 2452 2467
NY17-019 2414 2428 2442 2456 2470
NY17-014 2408 2422 2436 2451 2465
NY17-016 2415 2429 2443 2457 2472
NY17-010 2410 2424 2438 2452 2466
NY17-015 2413 2427 2441 2455 2469
NY17-022 2408 2422 2436 2450 2465
NY17-009. 2409 2423 2437 2451 2466
NY17-011. 2409 2423 2437 2451 2465
36
NY17-007. 2408 2422 2436 2450 2464
NY17-002. 2412 2426 2439 2453 2467
NY17-006 2409 2422 2436 2451 2465
Moyennes 2409,93 2423 2437 2451 2465
Tableau 6 : Densité des laves de 2016 à différentes températures
Tableau 8 : Densité des laves de 1977 à différentes températures
Nous avons calculé les valeurs de densités des laves par le modèle développé par Bottinga et
Weill (1970), avec les volumes molaires, la dilatation thermique et les données de
compressibilité de Lange et Carmichael (1987), Kress et Carmichael (1991), Toplis et al.
(1994), Lange (1997), Ochs et Lange (1997, 1999). Ainsi, ce modèle nous a permis de calculer
la densité des liquides silicatés à partir des volumes molaires des composants d’oxydes. Le
tableau 6 résume la variation de densité des laves de 2016 en fonction de la température. Cette
37
densité varie entre 2400 kg/m3 et 2470 kg/m3 dans l’intervalle de températures allant de 1200°C
et 1000°C. La moyenne calculée de toutes ces valeurs est de 2437 kg/m3.
Les laves de 2002 sont plus denses que celles de 2016-présent (tableau 7). Elles se caractérisent
également par des valeurs de densité très rapprochées. Ces valeurs varient entre 2415 kg/m3 et
2475 kg/m3, entre 1200°C et 1000°C, avec une moyenne de 2444 kg/m3.
Les laves de 1977 se caractérisent également par des valeurs de densité plus ou moins
dispersées, bien que le nombre d’échantillons soit réduit. La moyenne pour ces laves est de
2431 kg/m3.
IV.3. Vitesse d’écoulement et taux d’effusion des laves de 2002
La connaissance du taux d’effusion des laves est d’une importance capitale pour décrire et
prévoir les modèles de propagation des coulées de laves lors des éruptions. Dans ce travail,
nous estimons le taux d’effusion des laves de l’éruption aux flancs du volcan Nyiragongo de
2002 en utilisant le modèle proposé par Tallarico et al. (2006). Nous ne calculons pas le taux
d’effusion pour les laves 2016-présent car les échantillons que nous utilisons sont des boules
de laves projetées (voir section I.6.1.a). Ainsi, il n’est pas possible de rassembler tous les
paramètres nécessaires pour le calcul du taux d’effusion pour ces laves, notamment par exemple
la hauteur et la largeur de la coulée. Il en est de même pour la coulée de 1977 et celle venant de
l’évent de Shaheru en 2002 car ces deux coulées se superposent (Fig.25).
Pour n’importe quelle coulée de laves, le modèle de Tallarico et al. (2006) se base sur la vitesse
d’écoulement moyenne des laves et les dimensions de la coulée pour estimer le taux d’effusion
Te (équation 11). La vitesse d’écoulement moyenne v quant à elle, résulte de plusieurs
paramètres tels que la densité, la viscosité des laves, la valeur de la pente, la largeur et
l’épaisseur de la coulée (équation 10).
𝑣 = 𝜌𝑔𝑠𝑖𝑛𝛼
2𝜂𝐻2 (10
𝑇𝑒 = 2
3𝑣𝑎𝐻 (11)
Avec 𝜌 la densité des laves, 𝑔 l’accélération de gravité, H l’épaisseur de la coulée, a la largeur
de la coulée et 𝛼 l’angle de la pente.
38
La Figure 25 nous permet d’avoir les intervalles de pente dans lesquels ont évolué les coulées
de laves venant des évents de Bitungulu et de Munigi. Nous utilisons les moyennes de ces
intervalles de pente pour calculer les vitesses d’écoulement et les taux d’effusion. Précisons que
les champs de nos deux coulées (Munigi et Bitungulu) se situe entre 0 et 12° de pente.
IV.3.1. La vitesse d’écoulement des laves de Munigi et Bitungulu en 2002
Pour plus de précision, nous avons calculé les moyennes du logarithme de viscosité des laves
émises à Munigi et Bitungulu considérant l’intervalle de température allant de 1200°C à
1000°C. Pour chacune de ces deux coulées, nous avons eu différentes valeurs du logarithme de
viscosité à différentes températures. Nous en avons ainsi dégagé les moyennes respectives.
Figure 25 : Pentes du champ du volcan Nyiragongo
39
Celles-ci sont de 2,63 Pas pour la coulée de Munigi et 2,67 Pas pour celle de Bitungulu. 2441
kg/m3 est la seule valeur moyenne de densité urilisée dans ce calcul pour les deux coulées
(Munigi et Bitungulu).
Coulée
de laves
Densité ρ
(Kg/m3)
Acc.
Gravité
g (m/s2)
Logη (Pas) Epaisseur
de coulée
H (m)
Vitesse d’écoulement (m/s) en fonction
de la pente (α)
α< 2° 2°≤α<7° 7°≤α<12°
Munigi 2441
9,81 2,64
1,5 2,17
5,37
10,05
Bitungulu 2441
9,81 2,68
1,5 1,97
4,87
9,12
Tableau 9 : Vitesses d’écoulement des laves venant des évents de Munigi et Bitungulu en 2002
Le tableau 9 présente les résultats de calcul de vitesse d’écoulement des laves de l’évent de
Munigi et de Bitungulu. Il en ressort qu’en 2002, les laves venant de l’évent de Munigi coulaient
avec des vitesses moyennes de 2,17 m/s (7,82 km/h), 5,37 m/s (19,31 km/h) et 10,05 m/s (36,18
km/h) pour respectivement des pentes α<2°, 2°≤α<7° et 7°≤α<12°. La vitesse moyenne
d’écoulement des laves de Munigi était alors de 6 m/s, soit 21 km/h. Par ailleurs, les laves
venant de l’évent de Bitungulu avaient des vitesses de 1,97 m/s (7,09 km/h), 4,87 m/s (17,52
km/h) et 9,12 m/s (32, 82 km/h) pour les mêmes intervalles de pente α<2°, 2°≤α<7° et
7°≤α<12°. En moyenne, la vitesse des laves de Bitungulu était de 5 m/s (19 km/s). Ainsi, les
vitesses d’écoulement des laves venant de Munigi étaient légèrement supérieures à celles de
Bitungulu. Ceci est tout à fait normal étant donné que les laves venant de Bitungulu étaient plus
visqueuses que celles de Munigi.
Viscosité
(Logη)
Variation de vitesse d’écoulement sur différentes pentes (α)
Viscosité
(Logη)
Variation de vitesse d’écoulement sur différentes pentes (α)
α<2° 2°≤α<7° 7°≤α<12° α<2° 2°≤α<7° 7°≤α<12°
1,5 29,82 66,45 125,24 2,8 1,49 3,33 6,28
1,6 23,68 52,78 99,48 2,9 1,19 2,65 4,99
1,7 18,82 41,93 79,03 3 0,94 2,10 3,96
1,8 14,95 33,31 62,77 3,1 0,75 1,67 3,15
1,9 11,87 26,45 49,86 3,2 0,59 1,33 2,50
2 9,43 21,01 39,60 3,3 0,47 1,05 1,98
2,1 7,49 16,69 31,46 3,4 0,38 0,84 1,58
2,2 5,95 13,26 24,99 3,5 0,30 0,66 1,25
2,3 4,73 10,53 19,85 3,6 0,24 0,53 0,99
2,4 3,75 8,37 15,77 3,7 0,19 0,42 0,79
2,5 2,98 6,64 12,52 3,8 0,15 0,33 0,63
2,6 2,37 5,28 9,95 3,9 0,12 0,26 0,50
2,7 1,88 4,19 7,90 4 0,09 0,21 0,40 Tableau 10 : Influence de la variation de la viscosité (Logη) sur la vitesse d’écoulement des laves du Nyiragongo
40
Le tableau 10 ainsi que la figure 26 montrent comment la viscosité influence l’écoulement des
laves venant de ces deux évents sur différents niveaux topographiques (pentes). Nous pouvons
lire dans le tableau 12 que plus la viscosité diminue, plus son influence sur la vitesse
d’écoulement augmente sensiblement. Par ailleurs, la figure 26 suggère qu’à partir de 3 Pa.s du
logarithme de viscosité, la vitesse d’écoulement de laves venant des évents de Munigi et
Bitungulu devient nulle. Or, les tableaux 18 et 19 (en annexe) montrent que 3 Pas du logarithme
de viscosité est atteint à environ 1060°C de température. Ceci suggère alors que la température
à l’écoulement des laves de Munigi et Bitungulu de 2002 variait entre 1200°C et 1100°C.
En termes de moyennes sur toutes les pentes considérées, la vitesse moyenne d’écoulement des
laves venant de l’évent de Munigi en 2002 était d’environ 6 m/s. Quant aux laves venant de
l’évent de Bitungulu, ells coulaient avec une vitesse moyenne d’environ 5 m/s sur toutes les
pentes considérées.
Les évents de Munigi et de Bitungulu sont respectivement à 2,5 km et 8 km des limites
administratives de la partie Nord de la ville de Goma (Fig. 3 et 25). Nous considérons que les
coulées de laves faisaient un mouvement rectiligne uniforme car la pente moyenne et
l’accélération de pésanteur sont déjà prises en compte dans le calcul de la vitesse d’écoulement.
L’équation (12) nous permet alors de calculer le temps nécessaire pour que les laves venant des
évents de Munigi et Bitungulu atteignent la ville en cas d’éruption.
Figure 26 : Aperçu de l’influence de la viscosité (Logη) sur la vitesse d’écoulement des laves du Nyiragongo
d = v*t (12)
Avec d : la distance ; v : la vitesse d’écoulement et t : le temps.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
Logη 1,5
1,6
1,7
1,8
1,9 2
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9 3
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
Vit
esse
d'é
cou
lem
ent
(m/s
)
Log [viscosité] (Pas)
Relation viscosité-vitesse
vitesse (α<2) vitesse (2≤α<7) vitesse (7≤α<12)
41
Ainsi, dans des conditions similaires à celles de 2002, une éruption qui proviendrait de l’évent
éruptif de Munigi atteindrait les limites administratives actuelles de la ville de Goma en 7
minutes après le début de l’éruption. Dans les mêmes conditions, une coulée venant de l’évent
de Bitungulu commencerait à détruire la ville de Goma dans les 25 minutes qui suivent le début
de l’éruption.
IV.3.2. Le taux d’effusion des laves de Munigi et Bitungulu en 2002
Coulée Largeur de
coulée a
(m)
Epaisseur
de coulée H
(m)
Taux d’effusion q (m3/s) sur différentes pentes α
α< 2° 2°≤α<7° 7°≤α<12°
Munigi 300 1,5 651,73 1609,87 3015,11
Bitungulu 250 1,5 492,68 1216,98 2279,27 Tableau 11 : Valeurs du taux d’effusion des laves sur différentes pentes en 2002
La lecture du tableau 11 suggère que les coulées de laves venant de l’évent éruptif de Munigi
avaient des valeurs du taux d’effusion supérieures à celles de Bitungulu ; ce qui est tout à fait
normal car les laves de Munigi étaient moins visqueuses que celles de Bitungulu (tableaux 18
et 19 en annexe). Les moyennes de taux d’effusion sont 1758 m3/s et 1329 m3/s pour les coulées
venant respectivement de Munigi et Bitungulu.
Ces valeurs de vitesse d’écoulement et de taux d’effusion sont en conformité avec les données
de terrain, notamment la longueur des coulées. En effet, bien que la coulée de Bitungulu ait fait
un long trajet, soit 10 km contre 8 km pour celle de Munigi, dans les mêmes conditions
environnementales de surface, la coulée venant de Munigi devrait être plus longue que celle de
Bitungulu. Cette dernière a d’abord fait environ 8 km de distance avant d’atteindre la ville et
affronter ses obstacles. La coulée de Munigi a quant à elle, débuté presque dans la ville (Fig. 3
et 25). Elle a donc fait tout son trajet en affrontant différents obstacles, notamment des structures
telles que les maisons, les clôtures, etc ; ce qui justifie même le fait qu’elle se soit un peu élargie
plus que d’autres coulées de la même éruption.
42
V. INFLUENCE DE LA VISCOSITE, DU TAUX D’EFFUSION ET DE LA DENSITE
SUR LA PROPAGATION DES COULEES DE LAVES DU VOLCAN NYIRAGONGO
L’activité volcanique induit plusieurs phénomènes qui ont un impact sur l’environnement, les
populations et les infrastructures. Dans les zones volcaniques, il est alors d’une importance
capitale pour les autorités politico-administratives d’avoir à disposition des cartes d’aléas
volcaniques qui guident leurs décisions relatives à l’occupation et à l’utilisation du sol ainsi
qu’à la planification des urgences. Les cartes d’aléas volcaniques représentent les zones
géographiques susceptibles d’être affectées par des évènements volcaniques dommageables tels
que les coulées de laves et les projections des tephras. Pour ce faire, les modèles de simulation
sont les mieux indiqués pour élaborer ces cartes d’aléas (Damiani et al., 2006).
Dans la suite, nous utilisons le modèle de simulation de coulées de laves probabiliste, Q-
LAVHA (Mossoux et al., 2016), qui contient également un modèle thermo-rhéologique nommé
FLOWGO (Harris et Rawland, 2001) pour contraindre la longueur de propagation de la coulée
de lave simulée. Q-LAVHA et FLOWGO permettent d’évaluer l’influence des résultats des
paramètres calculés au chapitre IV, sections IV.1.1, IV.2 et IV.3.2 de ce travail, sur la manière
dont se propagent les coulées de laves le long du flanc sud du volcan Nyiragongo. Ces
paramètres sont la viscosité, le taux d’effusion et la densité.
V.1. Paramètres d’entrée de Q-LAVHA encodés dans ce travail
Pour faire des cartes de propagation des coulées de laves, Q-LAVHA utilise un certain nombre
de paramètres, notamment :
- L’évent éruptif : La position géographique de sortie de laves à la surface doit au
préalable être définie. Cette position est généralement un point ou une ligne selon le cas.
Ces deux cas permettent, à la fois, de simuler une coulée issue respectivement d’un
évent ou d’une fissure bien définie.
- L’épaisseur (Hc) et le facteur de correction (Hp) : Le facteur Hc représente la hauteur de
la coulée. Pour corriger les dépressions topographiques, ce modèle propose un facteur
de correction (Hp) plus élevé que Hc et qui est appliqué si le pixel source est entouré de
huit pixels élevés que Hc ne peut pas dépasser. Ce facteur permet également à la
simulation de la coulée de remplir les dépressions et de poursuivre sa propagation.
- La longueur maximum : La fixation de la longueur de coulée simulée est complexe
généralement à cause du manque des paramètres qu’il faut (taux d’effusion, viscosité,
43
taux de refroidissement, dynamique de propagation, etc.). Mossoux et al., (2016)
proposent des alternatives : 1) soit fixer la longueur maximum à partir des données
historiques de longueurs atteintes par les coulées du volcan étudié ; 2) soit définir la
longueur en se basant sur le modèle unidimensionnel FLOWGO (Harris et Rowland,
2001) qui fait intervenir les paramètres thermo-rhéologiques.
- La coulée de laves réelle : Connaissant la longueur maximum, on utilise la coulée de
laves réelle pour évaluer les autres paramètres. Cette évaluation sera basée sur les
valeurs de l’indice de précision IP (fitness index) obtenues en sortie à l’issue de
différents tests de simulation. La surface de chevauchement (IPvrai positif) entre la coulée
réelle et la coulée simulée est divisée par la surface totale couverte par les deux coulées
(Eq. 13).
𝐼𝑃(vrai positif) =𝐴𝑠⋂𝐴𝑟
𝐴𝑠⋃𝐴𝑟 (13)
Avec As et Ar qui sont respectivement la surface de coulée de laves simulée et la surface de
coulée réelle.
Cependant, pour interpréter correctement le résultat de la simulation et pour son utilisation
efficace dans la gestion des risques, il important d’évaluer si le décalage entre le débit simulé
et le débit réel est causé par la surestimation (IPfaux positif) et la sous-estimation (IPfaux négatif) de
la zone inondée par la simulation.
𝐼𝑃(𝑓𝑎𝑢𝑥 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑓) = 𝐴𝑠 − (𝐴𝑠 ∩ 𝐴𝑟)
𝐴𝑠 ∪ 𝐴𝑟 (14)
𝐼𝑃(𝑓𝑎𝑢𝑥 𝑛é𝑔𝑎𝑡𝑖𝑓) = 𝐴𝑟 − (𝐴𝑠 ∩ 𝐴𝑟)
𝐴𝑠 ∪ 𝐴𝑟 (15)
- Le taux d’effusion : Ce paramètre définit la quantité de laves fluide qui s’écoule par
unité de temps
- La viscosité : Ce paramètre, aussi important comme le taux d’effusion, détermine le
degré de fluidité des laves. Il influence la superficie et la longueur des coulées de laves.
- La topographie : C’est grâce à ce paramètre que Q-LAVHA calcule la probabilité de
propagation de la lave du pixel central (sortie de lave) à un des huit pixels qui l’entoure,
proportionnellement à la différence d’altitude. Dans le cadre de ce travail, nous utilisons
SRTM1.arcsec (30m de résolution spatiale).
44
- Le nombre d’itérations : Ce paramètre détermine le nombre de fois que la simulation est
réalisée pour un même point donné, ce qui permet de calculer la valeur de probabilité
d’invasion pour chaque pixel. Un nombre minimum d’itération est donc nécessaire pour
obtenir un résultat statistiquement représentatif.
V.2. Choix de la simulation de la propagation de la coulée de laves étudiée
Dans le cadre de ce travail, nous simulons uniquement la coulée de laves venant de l’évent
éruptif de Munigi. Quelques raisons motivent ce choix, notamment (1) le souci de limiter la
complexité du scénario de simulation pour garantir l’obtention des résultats et leur
interprétation complète, dans le temps imparti ; (2) l’intérêt que présente l’étude de cette coulée.
En effet, de toutes les coulées de 2002, celle de Munigi est la plus au sud, traversant la ville de
Goma.
Cependant, avant d’analyser l’influence de la viscosité, du taux d’effusion et de la densité sur
la propagation des coulées de laves venant de l’évent éruptif de Munigi, nous avons d’abord
analysé la sensibilité des principaux paramètres d’entrée de Q-LAVHA dans cette zone. Cette
approche nous a permis d’avoir les paramètres optima pour la zone.
Paramètres d’entrée
- MNT
- Position de l’évent éruptif
- Epaisseur de la coulée (Hc) et
facteur de correction (Hp)
- Longueur maximum de la
coulée
- Coulée réelle
- Taux d’effusion
- Viscosité
- Fraction des cristaux dans les
laves
- Température des laves à
l’éruption
- Densité des laves
- Fractions des vacuoles dans les
laves
- Vitesse du vent
- Température de l’air
Q-LAVHA
Sortie
Carte de
coulée
simulée
Figure 27 : Paramètres d’entrée encodés dans le cadre de ce travail et sortie de Q-LAVHA. Les paramètres par défaut sont donnés dans le tableau 16 (en annexe)
45
V.3. Analyse de la sensibilité des paramètres d’entrée de Q-LAVHA
V.3.1. Analyse de la sensibilité de l’épaisseur des coulées (Hc) et du facteur de correction (Hp)
La coulée de laves qui est partie de l’évent éruptif de Munigi en janvier 2002 fait 8000 ± 500
m de longueur. En fixant cette valeur de longueur, le modèle de simulation devient purement
probabiliste. Il est alors possible d’évaluer un optimum de valeur pour l’épaisseur de la coulée
(Hc) d’une part, et le facteur de correction (Hp) d’autre part. Dans un premier temps, nous avons
d’abord fixé Hp à 10 m pour évaluer la sensibilité de Hc. Nous avons ainsi obtenu la meilleur
valeur de IP(vrai positif) à Hc= 1,5 m, qui est son optimum. Ensuite, nous avons fixé Hc à son
optimum pour évaluer Hp et obtenir son optimum à Hp= 7 m. Les figures 28A et 28B
représentent le comportement des trois composantes de l’indice de précision (IPvrai positif, IPfaux
positif et IPfaux négatif) pour respectivement les paramètres Hc et Hp. Par ailleurs, les figures 28C et
28D illustrent les cartes de probabilité d’inondation par les laves pour les deux valeurs
respectives de Hc et Hp.
Figure 28 : Analyse de la sensibilité des paramètres Hc et Hp
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Ind
ice
de
pré
cisi
on
(IP
)
Epaisseur de la coulée (Hc)
IP (vrai positif) IP (faux positif)
IP (faux négatif)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
2,5 3
3,5 4
4,5 5
5,5 6
6,5 7
7,5 8
8,5 9
9,5 10Fi
tnes
s In
dex
(FI
)
Facteur de correction Hp (m)
IP (vrai posititif) IP(faux positif)
IP (faux négatif)
A B
C D
46
V.3.2. Analyse de la sensibilité de la longueur maximum de la coulée
En fixant les optimums de l’épaisseur (Hc) et du facteur de correction (Hp) trouvés ci-dessus,
nous avons analysé la sensibilité de la longueur maximum de la coulée. La figure 29A
représente les composantes de l’indice de précision pour différentes valeurs de la longueur de
la coulée. Le meilleur indice de précision (IP) est obtenu pour la longueur maximum égale à
5500 m. La figure 29B est l’illustration de la carte de simulation obtenue pour l’optimum de la
longueur.
V. 3.3. Analyse de la sensibilité des paramètres avancés de FLOWGO
En activant les paramètres avancés de FLOWGO, nous avons utilisé les valeurs des paramètres
spécifiques au volcan Nyiragongo que nous avons calculés dans ce travail (la densité et la
vésicularité) d’une part, et les paramètres par défaut d’autre part. Ces paramètres par défaut
sont présentés dans le tableau 16 (en annexe). Par l’introduction des paramètres avancés, nous
constatons une très légère baisse de l’indice de précision (IPvrai positif) d’environ 0,01 par rapport
à la valeur de IP(vrai positif) juste avant leur introduction. Parmi les paramètres spécifiques, nous
avons analysé la sensibilité de la densité. Il en ressort que l’optimum de densité pour la coulée
de Munigi est 2591 kg/m3 (Fig. 31).
Figure 29 : Analyse de la sensibilité de la longueur maximum
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
45
00
50
00
55
00
60
00
65
00
70
00
75
00
80
00
90
00
95
00
10
00
0
Ind
ice
de
pré
cisi
on
(IP
)
Longueur maximum (m)
IP (vrai positif) IP (faux positif) IP (faux négatif)
A B
47
V.3.4. Analyse de la sensibilité du nombre d’itérations
Nous avons analysé également la sensibilité du nombre d’itérations. Le nombre d’itérations
pour lequel nous avons obtenu le meilleur indice de précision (FI) est 1500. Les figures 32A et
32B représentent la variation de FI et la carte de carte de coulée simulée correspondante.
Figure 31 : Analyse de la sensibilité du nombre d’itérations
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
2141 2191 2241 2291 2341 2391 2441 2491 2541 2591
Ind
ice
de
pré
cisi
on
(IP
)
Densité (kg/m3)
Sensibilité densité
IP (vrai positif) IP (faux positif) IP (faux négatif)
Figure 30 : Analyse de la sensibilité de la densité de laves
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
10
00
11
00
12
00
13
00
14
00
15
00
16
00
17
00
18
00
19
00
20
00
Ind
ice
de
pré
cisi
on
(IP
)
Nombre d'itérations
IP (vrai positif) IP (faux positif) Ip (faux négatif)
B A
48
V.4. Analyse de l’influence de la viscosité, du taux d’effusion et de la densité sur la
superficie et la longueur des coulées de l’évent éruptif de Munigi
a. Influence de la viscosité des laves
Pour rester cohérent avec les résultats précédents que nous avons trouvés dans cette étude
(section IV.1), nous avons évalué l’influence de la viscosité sur la propagation des coulées à
partir des valeurs moyennes de viscosité trouvées tous les 10°C de diminution de la température,
entre 1200°C et 1000°C, pour la coulée de Munigi (tableau 11). Nous remarquons ici le rôle
important que joue la viscosité des laves sur la superficie et la longueur de propagation des
coulées. En effet, la superficie et la longueur de propagation de coulée augmentent toutes deux
avec la diminution de la viscosité (Fig. 33 et 34). La superficie passe d’environ 3,5 km2 pour
3,75 Pas de logarithme de viscosité à environ 4,5 km2 pour 1,7 Pas, soit une moyenne d’environ
1 km2 d’augmentation de superficie. La longueur, quant à elle, passe d’environ 3,2 km à environ
Wauthier, C., Cayol, V., Kervyn, F. & d’Oreye, N., 2012, Magma sources involved in the 2002
Nyiragongo eruption, as inferred from an InSAR analysis, journal of geophysical research, vol. 117,
B05411.
Wright, T. I. & Fiske, R. S., 1970, Origin of the Differentiated and Hybrid Lavas of Kilauea Volcano,
Hawaii, Journal of Petrology, Vol. 12, Part 1, pp1 – 65.
61
ANNEXES
a
Echantillon Paramètre B Paramètre C Log à 1200°C Log à 1180°C Log à 1160°C Log à 1140°C Log à 1120°C Log à 1100°C Log à 1080°C Log à 1060°C Log à 1040°C Log à 1020°C Log à 1000°C
Tableau 13 : Valeurs calculées des paramètres B, C et différentes viscosités en fonction de la température pour les laves de 2016-
présent
b
Echantillon Paramètre B Paramètre C Log à 1200°C Log à 1180°C Log à 1160°C Log à 1140°C Log à 1120°C Log à 1100°C Log à 1080°C Log à 1060°C Log à 1040°C Log à 1020°C Log à 1000°C
Tableau 14 : Valeurs calculées des paramètres B, C et différentes viscosités en fonction de la température pour les laves de 2002
c
Echantillon Paramètre B Paramètre C Log à 1200°C Log à 1180°C Log à 1160°C Log à 1140°C Log à 1120°C Log à 1100°C Log à 1080°C Log à 1060°C Log à 1040°C Log à 1020°C Log à 1000°C
Tableau 15 : Valeurs calculées des paramètres B, C et différentes viscosités en fonction de la température pour les laves de 1977
d
Paramètre Symbole Valeur Unité Source
Taux d’effusion Te 1758 m3/s Calculé
Dimension de la coulée
Rapport
largeur/hauteur
- 200 - Calculé
Constante de vélocité
Gravité g 9,81 m2/s -
Paramètres de viscosité
Viscosité η 437 Pa.s Calculé
Constante a a 0.04 K-1 (Dragoni, 1989) cité
par Mossoux et
al.(2016)
Constante b b 0.01 Pa
Constante c c 0.08 K-1
Paramètres de radiation
Constante de
Stephan-Boltzman
σ 5.67E-08 Wm-2K-2 -
Emissivité de basalte 0.95 - (Cordonnier et al.
2014), cité par
Mossoux et al. (2016)
Paramètre de conductivité
Conductivité
thermique de la lave
klava 2.5 Wm-1K-1
Température à la base
de la couche basale
Tbase 500 °C Harris per.com, cité
par Mossoux et al.
(2016)
Conductivité thermique de la lave
Température à
l’éruption
Terupt 1140 °C (Coppola et Cigolini,
2013) cité par
Mossoux et al. (2016) Température de la
croûte
Tcrust 550 °C
Offset Tcrust et Tcore - 160 °C (Harris et Rawland,
2001), cité par
Mossoux et al. (2016)
Constante d d -0.16 - -
Densité et vésicularité
Densité de roche
équivalent
ΡDRE 2441 kg/m3 Calculé
Vésicularité Φb 0.25 - Calculé
Paramètres conventionnels
Vitesse du vent U 5 m/s (Harris et Rawland,
2001), cité par
Mossoux et al. (2016)
e
Tableau 16 : Paramètres utilisés pour la simulation dans ce travail, Rouge : Paramètres spécifiques calculés, Noir : Paramètres
par défaut
Tableau 17 : Paramètres optima pour la simulation de la coulée de Munigi de 2002
Température de l’air Tair 20 °C (Harris et Rawland,
2001), cité par
Mossoux et al. (2016)
Friction U-U2 Ch 0.0036 - (Harris et Rawland,
2001), cité par
Mossoux et al. (2016)
Densité de l’air ρair 0.4412 Kg/m3 (Harris et Rawland,
2001), cité par
Mossoux et al. (2016)
Capacité de la chaleur
spécifique de l’air
Cpair 1099 J kg-1K-1 (Harris et Rawland,
2001), cité par
Mossoux et al. (2016)
Paramètres des cristaux
Fraction des cristaux ϕ 0.041 - Calculé
Taux de
cristallisation
df/dt 0.0027 - (Pouclet, 1976)
Chaleur latente de la
cristallisation
L 350000 J/kg (Harris et Rawland,
2001), cité par
Mossoux et al. (2016)
Inverse de la
concentration
maximum des
cristaux
R 1.51 - (Harris et Rawland,
2001), cité par
Mossoux et al. (2016)
Paramètre Symbole Valeur Unité
Epaisseur de coulée Hc 1,5 m
Facteur de correction
topographique
Hp
7 m
Taux d’effusion Te 2312 m3/s
Viscosité Log η 1.69 Pa.s
Densité (de roche équivalent) :
DRE
ρ 2591 Kg/m3
Longueur maximum L 5500 m
Nombre d’itérations - 1500 -
f
Echantillon Paramètre B Paramètre C Logh à 1200°C Logh à 1180°C Logh à 1160°C Logh à 1140°C Logh à 1120°C Logh à 1100°C Logh à 1080°C Logh à 1060°C Logh à 1040°C Logh à 1020°C Logh à 1000°C
Tableau 18 : valeurs de viscosité spécifiques pour la coulée de Munigi de 2002
Echantillon Paramètre B Paramètre C Log à 1200°C Log à 1180°C Log à 1160°C Log à 1140°C Log à 1120°C Log à 1100°C Log à 1080°C Log à 1060°C Log à 1040°C Log à 1020°C Log à 1000°C