Caractérisation 3D de la zone hydrothermale de la Solfatara, Yellowstone, USA à partir de données de tomographie électrique et de potentiel spontané.

La majorité des volcans actifs possèdent des systèmes hydrothermaux où la chaleur magmatique est partiellement dissipée par une circulation intense de fluides. Il est important de détecter la présence des fluides, connaitre leur distribution spatiale et leur dynamique car ils influent fortement sur le comportement éruptif et sur la stabilité de l’édifice volcanique.
L’objectif du stage M2 proposé dans l’équipe Géophysique des Volcans, ISTerre Chambéry est de caractériser la structure de la zone hydrothermale du Solfatara Plateau de la caldeira de Yellowstone en utilisant les données des méthodes électriques acquises à l’été 2016. La Solfatara est située sur une faille activée lors d’un séisme de 1975 au nord de la caldera. Sous la Solfatara, la nappe phréatique est profonde, le flux de chaleur particulièrement élevé, et il existe plusieurs fumerolles qui canalisent le flux de chaleur vers la surface avec les dépôts de souffre (Hurwitz et al, 2015).
L’originalité de ce projet est l’utilisation jointe d’une panoplie de méthodes électriques de manière à mieux comprendre les transferts de fluides hydrothermaux. Les méthodes électriques (tomographie de résistivité, potentiel spontané, polarisation provoquée) servent à caractériser les zones hydrothermales : la tomographie électrique détecte la présence des fluides minéralisés, grâce à leur forte conductivité, le potentiel spontané est sensible au mouvement de l’eau et donne l’accès à la quantification des flux, tandis que la polarisation provoquée permet de caractériser l’altération des roches. L’objectif est d’obtenir un modèle 3D de la résistivité électrique avec le code E4D code (Johnson et al., 2010), les modèles 2D de polarisation provoquée et la carte de potentiel spontané de la zone. Cet ensemble d’informations nous permettra de créer un modèle conceptuel d’écoulement que l’on pourra valider avec le code de calcul de transport multiphasique TOUGH2.
L’étudiant devrait donc acquérir lors de son stage la pratique du traitement de données électriques, la pratique de l’inversion de ces données, l’analyse des résultats de l’inversion et la modélisation des images géophysiques obtenues par un code de transport de fluides pour valider la physique du modèle. Ce travail donnera lieu à une publication.

References :
Johnson, T. C., R. J. Versteeg, A. Ward, F. D. Day-Lewis, and A. Revil (2010), Improved hydrogeophysical characterization and monitoring through parallel modeling and inversion of time-domain resistivity and induced polarization data, Geophysics, 75(4), Wa27-Wa41.

Hurwitz, S., R. N. Harris, C. A. Werner, and F. Murphy (2012), Heat flow in vapor dominated areas of the Yellowstone Plateau Volcanic Field : Implications for the thermal budget of the Yellowstone Caldera, J. Geophys. Res.,117, B10207, doi:10.1029/2012JB009463.