L’étude des terrains volcanique est d’une importance majeure pour la compréhension des épisodes éruptives sur terre ainsi que pour les planètes telluriques du système solaire. Cette connaissance du volcanisme est un paramètre crucial pour la compréhension de l’évolution géologique et environnementale des milieux terrestres et planétaire.

Les méthodes d’imagerie radar (interferometric Synthetic Aperture Radar, inSAR et SAR polar métrique) et les techniques de sondage du sous sol (Ground Penetrating Radar, GPR) sont utilisées pour caractériser la structure du sol et du sous-sol de terrains volcaniques sur Terre et sur d’autres planètes (Venus, Mars, la Lune et Titan). Notre approche combine l’utilisation des deux techniques, des mesures de conductivité électromagnétiques réalisées sur le terrain (Transient Electromagnetic Method et résistivité) et des mesures de permittivité et de perméabilité magnétique des échantillons volcaniques en laboratoire. Ceci nous permet de mieux suivre et quantifier les déformations crustales et de cartographier les variations spatiales et temporelles de la structure du sol et sous-sol associées à une activité volcanique potentielle. Des contraintes sont alors utilisées dans les modélisations et un système efficace d’alerte en temps réel, complémentaire des dispositifs actuels (suivi des gaz, de l’activité sismique, etc) peut alors être réalisé.

Les images inSAR sont particulièrement adaptées à l’étude des déformations crustales associées aux séismes (déformations co- et post-sismiques) et aux volcans. Ces images sont calculées à partir de la différence de phase entre deux images successives d’une région donnée, et donnent une mesure de la déformation entre les deux images (une fois pris en compte les effets atmosphériques, topographiques et orbitaux). Cette méthode présente l’avantage de ne pas être sensible aux conditions climatiques, car la fréquence des ondes (GHz) permet de traverser les nuages. Toutefois, elle nécessite une corrélation de bonne qualité entre les deux images considérées, ce qui n’est pas le cas pour les terrains couverts de végétation. L’utilisation de la bande P et L permet de pénétrer ce couvert végétal, mais les images obtenues sont en revanche sensibles à la structure du sous-sol. Dans ce cas, des études complémentaires au sol doivent être mises en œuvre avec des radars géologiques utilisant une fréquence équivalente à celle du SAR imageur.
Le radar géologique (Ground-penetrating radar, GPR) à basse fréquence permet de sonder les premières dizaines à centaines de mètres du sous-sol, en fonction de la fréquence du signal (de 1 à 500 MHz) et des caractéristiques électromagnétiques du sous-sol. Les terrains volcaniques sont à ce titre particulièrement difficiles à étudier car ils sont riches en oxydes de fer variés qui peuvent présenter des caractéristiques (permittivité et perméabilité magnétiques) variant en fonction de la fréquence du signal. Or ces paramètres contrôlent en retour l’atténuation du signal, et ainsi la capacité du radar à identifier sans ambiguïté les structures profondes. Il est donc nécessaire de déterminer les caractéristiques électromagnétiques du sol pour pouvoir interpréter les images obtenues par GPR ainsi que le SAR.
La méthode de sondage électromagnétique transitoire (transient electromagnetic sounding method, TEM) est enfin basée sur la mesure des variations du champ magnétique induites par l’injection transitoire d’un courant électrique dans le sol. La mesure de la décroissance du champ induit fournit le profil vertical de résistivité typiquement sur les premières centaines de mètres du sous-sol en fonction de la puissance du courant injecté et de la dimension des circuits d’injection utilisés.
La caractérisation du sol, basée sur des sondages GPR, TEM, et complétée par des mesures en laboratoire des paramètres électromagnétiques des matériaux considérés, permet alors de modéliser la contribution du sous-sol à l’image inSAR et SAR polar métrique obtenue en bande P et L et d’en extraire d’une part le signal dû à l’activité volcanique elle même, et d’autre part les effets de perte de phase dus à la pénétration des ondes radar dans le sous-sol.

Responsable:
E.Heggy, IPGP

Collaborateurs internes:
J.C. Komorowski, IPGP
S. Tait, IPGP
D. Mimoun, IPGP
P. Lognonné, IPGP
A. Socquet, IPGP
M. Diament, IPGP
E. Kaminski, IPGP
J.B. De Chabalier, IPGP
G. Boudon, IPGP


Collaborateurs externes:
S. Fujiwara (Geographical Survey Institute, Japan)
S.S. Hughes (Idaho State University, USA)
S.D. Khan (University of Houston, USA)
M. Necsoiu (Southwest Research Institute, USA)
T. Farr (Jet Propulsion laboratory, USA)

Financements:
Institut de Physique du Globe de Paris
Europeen Space Agency