Lorenzo CAPPELLI - Faculté des Sciences

Titre de la thèse: "From Depth to Surface: The Role of Volatiles in Passive Degassing, Pre-Eruptive Storage, and Eruptive Dynamics at Peralkaline Volcanic Systems in the East African Rift"

Résumé:

Les systèmes volcaniques peralcalin jouent un rôle significatif mais encore méconnus dans les processus volcaniques mondiaux, en particulier en raison de leur viscosité relativement faible, de leur richesse en éléments volatiles et de leur capacité à générer des éruptions explosives. Cette thèse examine l’influence des éléments volatiles sur les magmas peralcalin, à partir du le dégazage passif dans les systèmes volcaniques dormants jusqu’à l’évolution magmatique pré-éruptive ainsi qu'au dynamisme lors de la montée du magma en phase éruptive. Une approche multidisciplinaire est appliquée, intégrant des mesures de terrain, des analyses pétrologiques et géochimiques, ainsi que des études texturales. La recherche se concentre sur deux systèmes volcaniques clés du Rift Est-Africain (EAR): le Complexe Volcanique d’Olkaria (Kenya) et la Province Volcanique du Rungwe (Tanzanie). Dans ces régions le magmatisme peralcalin représente à la fois une ressource géothermique et un aléa géologique majeur.

La première étude porte sur les émissions diffuses de CO₂ à Olkaria, contribuant à une meilleure compréhension du flux de CO₂ d’origine profonde en zone de rift. Les mesures du flux de CO₂ dans le sol indiquent des voies de dégazage contrôlées par la structure, avec des contributions magmato-hydrothermales largement supérieures aux émissions biogéniques ordinaires. Ces résultats permettent une réévaluation des émissions totales de CO₂ des volcans de l’EAR, soulignant leur rôle dans le cycle du carbone. La deuxième étude examine les conditions pré-éruptives de l’éruption plinienne de la Rungwe Pumice (4 ka), la plus grande éruption explosive de l’Holocène du volcan Rungwe dans la Province Volcanique du Rungwe. L’analyse des inclusions magmatiques révèle un magma relativement pauvre en eau (4,8 % en poids H₂O) et stocké à faible profondeur, suggérant que la teneur en volatiles seule ne suffit pas à dicter le style éruptif. Au contraire, la sous-saturation en eau et la dynamisme dans la cheminée apparaissent comme des facteurs déterminants de l’explosivité. La troisième étude explore la dynamique syn-éruptive de Rungwe Pumice, en utilisant des analyses texturales détaillées en 2D et 3D pour évaluer la nucléation des bulles, leur croissance et la perméabilité du magma. Les résultats indiquent qu’une ascension rapide du magma et une nucléation homogène tardive des bulles à faible profondeur ont empêché un dégazage efficace, maintenant ainsi un fort couplage entre le gaz et le liquide. Ce processus, associé à un changement rhéologique soudain, a favorisé la fragmentation et l’éruption explosive, malgré la faible explosivité généralement attendue pour les magmas peralcalin.

Cette thèse apporte une contribution significative à la compréhension du comportement des volatiles dans les systèmes peralcalin, en fournissant des des indications tant sur les processus de dégazage passif que sur les mécanismes explosifs. Ces résultats ont des implications pour l’évaluation des aléas volcaniques comme pour l’exploration géothermique, en particulier dans des régions comme le Rift Est-Africain, où le magmatisme peralcalin présente à la fois un risque sociétal et une ressource potentielle.