Instruments Volcanologie numérique

Volcanologie numérique

L’équipe de volcanologie dispose d’outils de simulation numérique, dont certains ont été développés au laboratoire : code VolcFlow pour la modélisation d’écoulements volcaniques, modèles de déformation et transferts de magmas par éléments frontières et domaines fictifs. Cette activité s’appuie en partie sur la plateforme de calcul numérique.

Responsable technique : Thierry Souriot
  • Contact : Valérie Cayol

    Afin de suivre les transferts de magma et de déterminer leur influence sur la stabilité des édifices volcaniques, nous analysons les déformations de volcans, mesurées par Interférométrie radar (OI2), en combinant des modèles par éléments frontières (Cayol et Cornet, 1998) ou domaine fictifs (Bodart et al., 2015) avec des inversions (Fukushima et al., 2015). Les modèles éléments frontières sont tri-dimensionnels et supposent le milieu rocheux élastique et homogène. Ces modèles prennent en compte la topographie, et toutes sortes de sources, qu’elles soient de type réservoir ou fractures (failles ou intrusions de magma). Pour la prise en compte de fractures situées milieu anisotrope et hétérogène, nous développons actuellement une méthode d’éléments finis basée sur une approche par domaines fictifs.

    Exemple de modélisation : modèles obtenus à partir d’interférogrammes RADARSAT-1 pour les éruptions de Piton de la Fournaise survenues entre 1998 et juin 2000 (adapté de Fukushima et al., JGR, 2010).

    interfero

    Principales publications :

    Wauthier, C., V. Cayol, B. Smets, N. d’Oreye, F. Kervyn, Magma pathways and their interactions inferred from InSAR and stress modeling at Nyamulagira Volcano, D.R. Congo, accepté à Remote Sensing, 2015.

    Bodart O., V. Cayol, S. Court, J. Koko (2014), Fictituous domain method for fracture models in elasticity, Proceedings of the 18th European Conference on Mathematics for Industry.

    V. Cayol, T. Catry, L. Michon, M. Chaput, V. Famin, O. Bodart, J. L. Froger, C. Romagnoli (2014), Sheared sheet intrusions as mechanism for lateral flank displacement on basaltic volcanoes: Application to Réunion Island volcanoes, J. Geophys. Res., 119, doi:10.1002/2014JB011139.

    Wauthier C., V. Cayol, M. Poland, F. Kervyn, N. d’Oreye, A. Hooper, S. Samsonov, K. Tiampo, B. Smets, Nyamulagira’s Magma Plumbing System Inferred from 15 Years of InSAR, Geol. Soc. London Special Publications: Remote Sensing of Volcanoes and Volcanic Processes: Integrating Observation and Modelling, 380, doi:10.1144/SP380.9, 2013.

    Wauthier, C., V. Cayol, F. Kervyn and N. d’Oreye, Magma sources involved in the 2002 Nyiragongo eruption, as inferred from an InSAR analysis, J. Geophys. Res., 117, doi:10.1029/2011JB008257, 2012.

    Fukushima, Y., V. Cayol, P. Durand, and D. Massonnet, Evolution of magma conduits during the 1998–2000 eruptions of Piton de la Fournaise volcano, Réunion Island, J. Geophys. Res., 115, B10204, doi:10.1029/2009JB007023, 2010.

    Green, D. N., J. Neuberg, and V. Cayol, Shear stress along the conduit wall as a plausible source of tilt at Soufrière Hills volcano, Montserrat, Geophys. Res. Lett., 33, L10306, doi:10.1029/2006GL025890, 2006.

    Fukushima, Y., Cayol, V., & Durand, P. (2005). Finding realistic dike models from interferometric synthetic aperture radar data: The February 2000 eruption at Piton de la Fournaise. Journal of Geophysical Research – Solid Earth 110(B3).

    Cayol, V., J. Dieterich., A. Okamura et A. Miklius, High Magma Storage Rates Before the 1983 Eruption of Kilauea, Hawaii, Science, 288, 2343-2346, 2000.

    Cayol, V. and F.H. Cornet, Effect of Topography on the interpretation of the deformation field of prominent volcanoes – Application to Etna, Geophys. Res. Let., 25, 1979-1982, 1998.

    Cayol, V., & Cornet, F. H. (1998). Three‐dimensional modeling of the 1983–1984 eruption at Piton de la Fournaise Volcano, Réunion Island. Journal of Geophysical Research – Solid Earth 103(B8), 18025-18037.

    Cayol, V., et F. H. Cornet, 3D Mixed Boundary Elements for Elastic Deformation Field Analysis, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., 34, 275-287, 1997.

  • Contact : Karim Kelfoun

    Simulations d’écoulements volcaniques: avalanches de débris, écoulements pyroclastiques, lahars.

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    Exemples de simulations : avalanche de débris du Socompa  (Chili, à gauche) et écoulement pyroclastique dilué (surge) au Merapi (Indonésie, à droite), réalisés avec VolcFlow.

    Principales publications :

    Kelfoun K.  and S. Vallejo Vargas, 2015.  VolcFlow capabilities and potential development for the simulation of lava flows. Testing a GIS for damage and evacuation assessment during an effusive crisis. In: Harris, A., De Groeve, T., Garel, F., & Carn, S.A. (eds) Detecting, Modelling and Responding to Effusive Eruptions. Geological Society, London, Special Publications, 426.

    Kelfoun K., 2011. Suitability of simple rheological laws for the numerical simulation of dense pyroclastic flows and long-runout volcanic avalanches. Journal of Geophysical Research – Solid Earth B007622.

    Kelfoun K., P. Samaniego, P. Palacios, D. Barba, 2009. Testing the suitability of frictional behaviour for pyroclastic flow simulation by comparison with a well-constrained eruption at Tungurahua volcano (Ecuador). Bulletin of Volcanology, 71(9), 1057-1075.

    Kelfoun K. and T.H. Druitt, 2005. Numerical modelling of the emplacement of the 7500 BP Socompa rock avalanche, Chile. Journal of Geophysical Research B12202.

    PAGE WEB VOLCFLOW

  • Contact : Raphael Paris

    Modélisation numérique de tsunamis d’origine éruptive et volcano-gravitaire

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    Simulation d’un effondrement de flanc de volcan et tsunami à Tenerife (Iles Canaries). Réalisé avec VolcFlow.

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    Simulation de coulées pyroclastiques et tsunami du volcan sous-marin Kolumbo (Mer Egée). Réalisé avec COMCOT-FIREWAVES.

    Simulation d’explosion et tsunami dans le Lac Karymsky, Kamchatka. Réalisé avec COMCOT-FIREWAVES.

       

    Simulation de tsunami généré par un effondrement de flanc de l’Anak Krakatau (Indonésie). Réalisé avec VolcFlow.

     

    Principales publications:

    Ulvrova, M., Paris, R., Nomikou, P., Kelfoun, K., Leibrandt, S., Tappin, D.R., McCoy, F.W., 2016. Source of the tsunami generated by the 1650 AD eruption of Kolumbo submarine volcano (Aegean Sea, Greece). Journal of Volcanology and Geothermal Research 321, 125-139.

    Ulvrová, M., Paris, R., Kelfoun, K., Nomikou, P., 2014. Numerical simulations of tsunami generated by underwater volcanic explosions at Karymskoye Lake (Kamchatka, Russia) and Kolumbo volcano (Aegean Sea, Greece). Natural Hazards and Earth System Sciences 14, 401-412.

    Ontowirjo, B., Paris, R., Mano, A., 2013. Modeling of coastal erosion and sediment deposition during the 2004 Indian Ocean tsunami in Lhok Nga, Sumatra, Indonesia. Natural Hazards 65, 1967-1979.

    Giachetti, T., Paris, R., Kelfoun, K., Ontowirjo, B., 2012. Tsunami hazard related to a flank collapse of Anak Krakatau Volcano, Sunda Strait, Indonesia. Geological Society, London, Special Publications 361, 79-90.

    Paris, R., Giachetti, T., Chevalier, J., Guillou, H., Frank, N., 2011. Tsunami deposits in Santiago Island (Cape Verde archipelago) as possible evidence of a massive flank failure of Fogo volcano. Sedimentary Geology 239, 129-145.

    Giachetti, T., Paris, R., Kelfoun, K., Pérez Torrado, F.J., 2011. Numerical modelling of the tsunami triggered by the Güìmar debris avalanche, Tenerife (Canary Islands): comparison with field-based data. Marine Geology 284, 189-202.

    Kelfoun, K., Giachetti, T., Labazuy, P., 2010. Landslide-generated tsunamis at Reunion Island. Journal of Geophysical Research, F04012.

    Torsvik, T., Paris, R., Didenkulova, I., Pelinovsky, E., Belousov, A., Belousova, M., 2010. Numerical simulation of explosive tsunami wave generation and propagation in Karymskoye Lake, Russia. Natural Hazards and Earth System Sciences 10 (11), 2359-2369.

  • Contact :Julien Monteux

    Modélisation numérique avec le logiciel COMSOL.

 

 

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