Séminaire GM/LGO de Philippe JOUSSET (GFZ Potsdam)

Fibre optic Distributed Acoustic Sensing for seismology, volcanology and submarine research

 

Volcanic and seismic activities produce a variety of phenomena that put population at risk and disrupt our societies. Distributed Acoustic Sensing (DAS) technology has the ability to revolutionize seismic and volcanic monitoring and our understanding of the underlying processes. After a short review of the principle benefits and issues of the new DAS technology and its applications, I will focus on Mount Etna, Italy, a complex volcanic structure, where volcano-tectonic processes interact.

We applied DAS to monitor and explore faults at several locations around Mount Etna volcano in 2018 and 2019, in collaboration with the Instituto Nazionale di Geofisica e Volcanologia (INGV Catania). Distributed Acoustic Sensing (DAS) technology has been tested for the first time in 2018 (and also in 2019), as a new tool for monitoring the complex tectonic and volcanic interactions of Etna volcano from the summit to the sea floor. We connected up to 3 iDAS interrogators, sometimes simultaneously, to optical cables close to the summit, in urban areas and offshore. Each iDAS measured the dynamic strain rate along the whole length of the optical fibre, from the interferometric analysis of the back-scattered light.

At the summit area, we connect an iDAS interrogator inside the Volcanological Observatory of Pizzi Deneri (2800 m elevation close to Etna summit) to record dynamic strain signals along a 1.5 km-long fibre optic cable that we deployed in the scoria of Piano delle Concazze. We recorded signals associated with various volcanic events, local and distant earthquakes, thunderstorm, as well as many other anthropogenic signals (e.g., tourists). To validate the DAS signal, we collocated along the fibre cable multi-parametric arrays (comprising geophones, broadband seismometers, infrasonic arrays). During the survey periods, Etna activity was mainly characterized by moderate but frequent explosive and/or effusive activity from summit craters, as monitored by INGV. Our observations suggest that DAS technology can record volcano-related signals (in the order of tens nanostrain) with unprecedented spatial and temporal resolutions, opening new opportunities for the understanding of volcano processes. I show several recent results.

In urban environments, we took advantage of the existence of fibre optic telecommunication infrastructures, we connected iDAS interrogator to fibre optic cables, known to cross active faults linked to the volcano eastern flank dynamics. We recorded dynamic strain rate along several telecom lines in villages on the slopes of Etna, where faults cross villages (e.g., 4 km cable for about 20 days in Zafferana village; 12 km-long cable running from Linera to Fleri; 40 km-long fibre optic telecommunication cable on the western side of the volcano, at the border between the sedimentary layer and the volcano edifice).

On the sea floor, we connected an iDAS interrogator to a 30-km long fibre within a cable transmitting data from sub-marine instrumentation to INFN-LNS facility at the Catania harbor in collaboration with the University of Brest, the CNRS and IFREMER (FOCUS project). We record dynamic strain signals from local and regional earthquakes and look for faults offsetting the sea floor below the eastern flank of the volcano.

Our preliminary results demonstrate that DAS technology is able to contribute significantly to the monitoring system of earthquake and volcanic phenomena at Etna volcano from the summit to submarine environment, and thereby improves assessment of volcanic and seismic hazard at volcanoes.

Summit of Etna volcano August 2018.

Submarine DAS strain rate record of an earthquake M5.6 in Albania, 21.09.2019

Soutenance de thèse Sabrina HOMRANI

Morphodynamique des dunes en eau peu profonde et transport sédimentaire :

le banc de Creïzic (Golfe du Morbihan)

 

Résumé 

Les dunes et bancs sous-marins sont des corps sédimentaires très communs, notamment en plateforme interne. Comprendre leur morphodynamique, et les transferts sédimentaires associés, est donc crucial pour appréhender la dynamique sédimentaire en zone côtière. Néanmoins, mesurer les transferts sédimentaires relève encore du défi scientifique, du fait de la grande variabilité spatiale et temporelle dans la nature et l’intensité du transport pour des forçages hydrodynamiques instationnaires. Cette thèse s’appuie sur un jeu de mesures in situ (bathymétrie, hydrodynamique, acoustique active et passive) pour étudier le comportement d’un banc et des dunes surimposées, le banc du Creïzic. Localisé dans une zone peu profonde du golfe du Morbihan et composé de sable coquiller très grossier, il comprend dans sa partie centrale des grandes dunes actives. Le seul forçage hydrodynamique est le courant de marée, intense, instationnaire et variable.

L’étude morphodynamique pluriannuelle souligne la persistance d’une figure sédimentaire axiale parallèle au banc, coexistant avec des dunes orthogonales au banc qui migrent d’environ 10 m/an dans le sens du jusant. Le volume du banc est constant sur la période étudiée, d’une durée de 15 ans. L’étude mensuelle montre en outre une recirculation de sédiments à l’extrémité Nord du banc, par la migration de dunes de faible hauteur, ce qui est cohérent avec la gyre tidale présente au-dessus du banc au flot. Par ailleurs, une méthode exploratoire et innovante d’estimation du transport par charriage a été mise en œuvre, consistant à acquérir des données d’acoustique passive à l’aide d’un hydrophone déployé depuis un bateau dérivant sur le banc. Les données inversées montrent une bonne corrélation avec le flux estimé à partir de formulations empiriques (vitesse de cisaillement) sur les zones de dunes.

 

Jury

BERNE Serge (Université de Perpignan)

DELACOURT Christophe (Université de Bretagne Occidentale)

LE BOT Sophie (Université de Rouen)

MOUAZE Dominique (Université de Caen)

VALENCE Alexandre (Université de Rennes 1)

Invités

FLOC’H France (Université de Bretagne Occidentale)

LE DANTEC Nicolas (CEREMA-PLOUZANE)

 

Soutenance de thèse d’Aurélien JEANVOINE

Métallogénie des éléments chalcophiles durant les processus magmatiques d’arrière-arc

Exemple du domaine volcanique de Futuna

 

Résumé

En domaine océanique comme terrestre, il existe une relation forte entre contexte de subduction et formation de dépôts riches en métaux précieux (Au, Ag). Toutefois, la découverte récente de dépôts de sulfures massifs océaniques riches en Au et Ag dans un contexte géodynamique découplé de toute subduction (Wallis et Futuna, SW Pacifique) pose la question de la source et du transfert de ces métaux vers la surface.

L’étude des laves du secteur minéralisé de Fatu-Kapa situé au large de l’île de Futuna permet de mieux comprendre les processus d’extraction et de concentration des métaux, en particulier les métaux précieux, depuis les processus magmatiques dans les roches sources jusqu’aux minéralisations hydrothermales sur le plancher océanique. Les résultats de l’étude pétrogénétique montrent que les magmas de Fatu-Kapa évoluent en deux grands stades. (1) Des trachybasaltes aux trachyandésites, les magmas évoluent par cristallisation fractionnée, puis par cristallisation fractionnée couplée à de l’assimilation. Durant ce stade, la saturation en soufre est précoce et une phase sulfurée riche en éléments chalcophiles tombe et s’accumule en fond de chambre magmatique. Ces phases sont peu mobilisables par les circulations hydrothermales. Par contre (2), des trachyandésites au trachydacites, les magmas évoluent par mélange entre les magmas trachyandésitiques et des magmas générés par fusion partielle de l’encaissant magmatique hydrothermalisé. Malgré de faibles teneurs en cuivre dans ces magmas, des billes de sulfure enrichies en cuivre ont été identifiées. Un résultat majeur est l’observation d’une association directe entre les billes de liquide sulfuré et la phase aqueuse magmatique générant les vésicules lors des phases éruptives. Ces bulles permettent la remontée et la concentration des billes de sulfures magmatiques au toit de la chambre. Ce processus, démontré en pétrologie expérimentale, n’a à notre connaissance jamais été identifié dans les magmas océaniques.

Deux étapes sont considérées clefs à Fatu-Kapa pour remobiliser ces billes de sulfures et enrichir en métaux les minéralisations hydrothermales sur le plancher océanique. (1) Lors de la phase volcanique, une partie des métaux contenus dans les billes est remobilisée dans les fluides magmatiques aqueux extraits dans les vésicules. Ces fluides magmatiques, enrichis en métaux, remontent puis se mélangent avec les fluides hydrothermaux issus de l’eau de mer. (2) Après la phase éruptive les circuits hydrothermaux descendent jusqu’au sommet de la chambre solidifiée et altèrent les niveaux à billes de sulfures magmatiques contribuant ainsi à un enrichissement direct des fluides hydrothermaux en métaux. Ces processus apportent un éclairage nouveau sur la possibilité de former des dépôts sulfurés océaniques enrichis en métaux précieux en dehors de toute influence de subduction.

Jury

ANDRE-MAYER Anne-Sylvie (Univerité de Lorraine)

BARRAT Jean-Alix (Université de Bretagne Occidentale)

CHAZOT Gilles (Université de Bretagne Occidentale)

FOUQUET Yves (IFREMER)

PROUTEAU Gaëlle (Université d’Orléans)

VLASTELIC Ivan (Université de Clermont Auvergne)

 

Invités

BEDOS Antoine (Université de Nantes)

PELLETER Ewan (IFREMER)

 

 

Les webinaires GM (Ifremer)

Pendant la période de confinement où il n’était pas possible d’organiser des séminaires en présentiel, nos voisins et collègues du département Géosciences Marines (IFREMER) ont organisé des webinaires (ou séminaires en distanciel).

Nous étions conviés à participer à ces rendez-vous hebdomadaires riches d’échanges scientifiques.

28 mai 2020, Stephan JORRY (IFREMER)

Origin of modern atolls: Challenging the deeply engrained Darwin’s Theory

4 juin 2020, Stéphanie DUPRE (IFREMER)

The Aquitaine Shelf edge (Bay of Biscay): a primary outlet for microbial methane release

11 juin 2020, Morelia URLAUB (GEOMAR)

Characterising deformation of submerged volcanoes

18 juin 2020, Christophe BASILE (ISTerre – Université de Grenoble Alpes)

Séminaire GM/LGO d’Océane FOIX (GM, Ifremer, Brest)

The 3 ‐ D Velocity Models and Seismicity Highlight Forearc Deformation

Due to Subjecting Features (Central Vanuatu)

 

The central Vanuatu forearc is characterized by a reduced convergence rate at the trench, signifcant uplif of the overriding plate, and the presence of large forearc islands. Volcanic actvity and intermediate ‐ depth seismicity behind the forearc are among the highest on Earth. These features are presumed to be associated with the subducton of a large seamount chain and an immersed ridge. We used a catalog of P and S arrivals from a local seismological network to construct the frst 3 ‐ D velocity model of the region and to relocate earthquakes beneath the forearc. The 3 ‐ D model reveals a highly heterogeneous velocity distributon in the frst 40 km beneath the surface. Trench ‐ parallel low P and S velocity zones in the upper tens of kilometers beneath the western edges of the two largest forearc islands correlate to the major features entering into subducton and suggest highly fractured and probably water ‐ infltrated features. Trench ‐ parallel high ‐ velocity zones at 5–15 ‐ km depth, further to the east, may be part of a contnuous consolidated rock structure that acts as a backstop. Thick overriding plate crust (29 ± 3 km) in the forearc is consistent with the presence of contnental remnants. The earthquake distributon is generally heterogeneous, suggestng a complex fault structure and variable stress. Earthquakes are, however, well aligned at the plate interface in between the subductng features, where they constrain the angle of subducton to be 15° on average, down to 10–15 ‐ km depth.

6 mars 2020