Soutenance François Decossin

L’activité volcanique associée à la remontée de fluides magmatiques à faible profondeur, en présence d’un système hydrothermal très actif, favorise l’altération hydrothermale des roches et peut former des couches argileuses de faible résistance au sein de l’édifice volcanique. Ce processus peut favoriser l’instabilité des flancs et aboutir à un effondrement partiel de ceuxci. Il s’accompagne d’avalanches de débris de dôme et d’éventuelles coulées pyroclastiques denses résultant d’explosions dirigées latéralement, ce qui engendre des risques importants pour la population environnante. Dans le cadre du projet ANR MYGALE, nous nous intéressons aux échelles de temps d’altération hydrothermale des roches volcaniques afin de mieux évaluer le risque d’instabilité des flancs du volcan de La Soufrière de Guadeloupe (Caraïbes orientales, France). Nous avons caractérisé la minéralogie et la porosité 3D d’une série d’andésites non altérées à fortement altérées, provenant du dôme volcanique de La Soufrière. L’étude chimique et texturale montre la dissolution progressive du plagioclase en kaolinite, Na-alunite et silice. En comparant les paragenèses d’altération des produits naturels avec des simulations géochimiques à l’équilibre (GEM-Selektor), nous suggérons que l’altération hydrothermale prévalant à la base du dôme (à une pression proche de 100 bars et des températures entre 150 à 250 °C) est principalement dominée par la composition du fluide réactif (H₂O, HCl, et H₂SO₄) et, dans une moindre mesure, par le rapport eau/roche (W/R). Nous émettons l’hypothèse que des solutions acides contenant 0,1 mmol/L de HCl et 0,15 à 0,5 mmol/L de H₂SO₄, correspondant à un pH de 3,0 à 3,5, sont indispensables pour la coprécipitation de kaolinite, Na-alunite et silice. Nous étudions également l’altération du dôme volcanique dans ces conditions hydrothermales acides, à l’aide d’expériences en batch et de percolation réactive, combinées à une modélisation cinétique (PHREEQC). Les expériences en batch mettent en évidence une forte réactivité des phénocristaux de plagioclase, conduisant à la formation de phases minérales secondaires, tandis que les pyroxènes et les oxydes de FeTi restent largement inaltérés. Les réactions d’altération fluide-roche montrent des hétérogénéités minéralogiques spatiales, avec une dissolution intense du verre rhyolitique près de l’arrivée du fluide et une préservation des phases primaires vers la sortie, ainsi qu’une forte diminution de 4 ordres de grandeurs de la perméabilité. Les simulations cinétiques de la dissolution du plagioclase par différentes solutions aqueuses mettent en évidence l’influence de la température, du rapport W/R, de la taille des grains et du pH sur la libération de Na, Ca, Al et Si dans la phase fluide. La séquence d’altération simulée en fonction des conditions de réactivation de La Soufrière depuis 2018 (c’est-à-dire une augmentation de la température, une acidification des fluides et une réduction des précipitations) prédit la formation préférentielle de pyrophyllite et de silice, conférant une certaine cohésion interne des roches du dôme plutôt que la formation de plans de glissements argileux. En revanche, une augmentation du rapport W/R, telle que prédit par le réchauffement climatique, entraînerait la formation préférentielle de smectites qui contribueraient à accroître l’instabilité du dôme. L’approche combinée expérimentale et de modélisation fournit une vision détaillée des facteurs contrôlant la séquence d’altération hydrothermale dans les systèmes volcaniques.