Présentation :

Le projet TOMUVOL

Ce projet de grande envergure propose la construction et la validation d'un système robuste et portable pour la tomographie des volcans avec des muons atmosphériques. Les muons atmosphériques sont produits dans la partie supérieure de l'atmosphère suite aux collisions du rayonnement cosmique avec l'air. Selon leur énergie initiale, ils peuvent traverser plusieurs hectomètres ou kilomètres de roches avant leur désintégration. La méthode utilise donc le haut pouvoir pénétrant des muons avec des énergies supérieures au Téra électronVolt (TeV) pour sonder des édifices volcaniques sur des profondeurs pouvant aller jusqu'à des dizaines de kilomètres. Les informations obtenues par cette technique aideront à modéliser la structure interne des volcans, ce qui représente une donnée essentielle tant pour leur compréhension que pour la surveillance des édifices actifs.

Principe de la méthode

Un détecteur de muons est placé sur un versant du volcan et enregistre en continu et en temps réel le flux de muons qui traverse l'édifice en fonction de l'angle d'incidence du muon avec la verticale locale (zénith) et dans le plan horizontal (azimut). Ce flux mesuré dépend du flux des muons atmosphériques, connu par ailleurs, et de l'atténuation des muons pendant leur propagation dans la roche. Cette atténuation est déterminée par le parcours géométrique des muons dans la roche, calculable avec une bonne précision si un modèle précis de la forme extérieure de l'édifice existe, et de la distribution de densité au long de ce parcours. Par conséquent, la mesure de l'atténuation du flux de muons en fonction de leur zénith et azimut permet la réalisation d'une cartographie densitométrique précise de l'édifice.

Intérêt de la méthode

Pour la volcanologie, l'intérêt de cette nouvelle méthode est multiple. Elle est susceptible de donner des informations complémentaires de celles obtenues avec des techniques plus traditionnelles (sismologie, gravimétrie, tomographie de résistivités électriques, électro-magnétisme) et avec une meilleure résolution spatiale. En outre, elle est plus facile à mettre en ½uvre, car elle est installée à distance et ne nécessite pas de nombreux déplacements, en terrain souvent difficile, sur le volcan à étudier.

L'application, dans un deuxième temps, de cette méthode à la surveillance des volcans actifs est également l'un des principaux objectifs des développements technologiques et méthodologiques initiés dans le cadre de ce projet. Il est prévu l'installation, sur les flancs de volcan actifs définis comme des cibles prioritaires, (e.g ; Stromboli, Piton de la Fournaise, Montserrat,...) d'un détecteur qui envoie des données, à travers le réseau internet, à un centre de surveillance qui les analyse en continu pour signaler toute modification de la géométrie interne de l'édifice. Elle permet également des campagnes de mesures de longue durée, ciblées sur l'étude d'un édifice mal connu, en utilisant plusieurs détecteurs de muons en simultané ou un seul, déplacé d'une manière séquentielle autour de l'édifice.


Gravimètre relatif en station sur e Puy de Dôme; b) Campagnes géophysiques menées sur le Puy de Dôme depuis 2011 (muographie, tomographie électrique et gravimétrie) ; c) instrumentation de tomographie électrique.

Le couplage des méthodes géophysiques

Par ailleurs, l’objectif est de coupler cette méthode novatrice à des techniques géophysiques plus conventionnelles. En effet, la complémentarité entre les différentes méthodes a pour but de valider l’approche d’étude volcanique par tomographie muonique. A l’échelle du Puy de Dôme, deux types de méthodes complémentaires pont été mises en ½uvre :

-Trois campagnes de tomographie de résistivité électrique (en juin 2011, mai 2012 et mai 2013 ; 2 profils de 64 électrodes distantes de 35m pour la couverture globale).

Cette méthode offre une image des résistivités haute résolution des premières centaines de mètres de l’édifice, permettant ainsi de contraindre l’interprétation plus en profondeur et ce sur de grandes distances

-Deux campagnes gravimétriques haute résolution (en mars et mai 2012, de mars à juin 2013 ; 610 stations gravimétriques avec une densification des mesures sur la partie sommitale).

Il s’agit d’une méthode d’investigation profonde s’intéressant au même paramètre physique que la tomographie muonique permettant donc une interprétation conjointe.

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