SURVEILLANCE DE L`ACTIVITE VOLCANIQUE ET SISMIQUE DE

SURVEILLANCE DE L'ACTIVITE VOLCANIQUE ET SISMIQUE
DE GUADELOUPE
Réalisé par
MOUTOU Caroline
Tuteur de stage : Monsieur Jean Bernard de Chabalier
Responsable de la licence BEST : Monsieur Lebrun
Le 25/02/2011
Licence BEST-GEOS LS6
Année 2010-2011
Table des matières
Liste des abréviations...........................................................................................................................3
Remerciements.....................................................................................................................................4
Résumé.................................................................................................................................................4
Présentation de l'Observatoire Volcanologique et Sismique de Guadeloupe.......................................5
Introduction..........................................................................................................................................7
I- LA SURVEILLANCE VOLCANOLOGIQUE....................................................................8
I.1 Acquisition des données en temps réel...............................................................................8
I.2. La sismicité du volcan........................................................................................................9
I.2.1 Traitement et visualisation des données de la sismicité du volcan ..............................9
Description de la carte de la sismicité Soufrière .............................................................9
I.3 Les déformations du volcan..............................................................................................11
I.3.1 La méthode du GPS (Global Positioning System).......................................................11
I.3.2 L'extensométrie et la fissurométrie .............................................................................11
Le principe......................................................................................................................11
L'extensomètre................................................................................................................11
La méthode de mesure sur le bâti ou le terrain..............................................................12
Description des courbes du réseau d'extensométrie ......................................................12
I.4 La géochimie des fluides volcaniques..............................................................................14
I.4.1 Les gaz........................................................................................................................14
La spectrométrie de masse..............................................................................................14
Analyse du réseau de gaz fumerolliens en dix ans..........................................................14
I.4.2 Les sources thermales.................................................................................................15
La méthode de prélèvement des sources.........................................................................15
Le dosage acido-basique ...............................................................................................15
La chromatographie ......................................................................................................16
Analyse du réseau de sources thermales en dix ans.......................................................16
I.5 Bilan ...................................................................................................................................16
Tableau1- Définition des niveaux d'activité volcanique en Guadeloupe (IPGP-OVSG).....16
II- SURVEILLANCE SISMOLOGIQUE DE L'ARC ANTILLAIS ..................................17
II.1 Le sismomètre...................................................................................................................17
II.2 Les sismomètres de courte période.................................................................................17
II.3 Les sismomètres de large bande ....................................................................................18
II.4 Le Réseau d'Accélération Permanent (RAP)................................................................18
II.5 Acquisition et traitement des données............................................................................18
II.5.1 Localisation de séisme...............................................................................................18
II.5.2 Pointer le séisme........................................................................................................19
II.6 La sismicité actuelle .......................................................................................................19
II.6.1 Analyse de la sismicité des Antilles en un an.............................................................19
II.6.2 La prévention .............................................................................................................20
II.7 Le risque tsunami ............................................................................................................20
II.7.1 Définition du tsunami................................................................................................20
II.7.2 Dispositif de prévention dans la Caraïbe...................................................................21
Conclusion et perspectives.................................................................................................................22
Apport personnel du stage..................................................................................................................22
Références bibiographiques................................................................................................................23
Annexe................................................................................................................................................24
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Liste des abréviations
OVSG : Observatoire Volcanologique Sismologique de la Guadeloupe
IPGP : Institut de Physique du Globe de Paris
CNRS : Centre National de Recherche Scientifique
CIRAD : Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
SRC : Sismic Research Center (Centre de Recherche sismique)
MVO : Montserrat Volcano Observatory
BRGM : Bureau de Recherches Géologiques et Minières
INRA : Institut National de Recherche Agronomique
CEA : Commissariat à l'Énergie Atomique
UAG : Université des Antilles et de la Guyane
EDF : Électricité De France
GPS : Global Positioning System
INSU : Institut National des Sciences de l'Univers
ObsErA : Observatoire de l'Erosion aux Antilles
RAP : Réseau d'Accélération Permanent
GIS : Groupement d'Intérêt Scientifique
CDSA : Centre de Données Sismologiques des Antilles
DDRM : Dossier Départemental sur les Risques Majeurs
DDE : Département De l'Eau
ORSEC : Organisation des SECours
PSS : Plans de Secours Spécialisé
PPR : Plans de Prévention des Risques
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Remerciements
Avant de présenter mon rapport de stage, je tiens à remercier Monsieur De Chabalier,
Directeur de l'Observatoire Volcanologique et Sismologique de Guadeloupe de m'avoir accueilli au
sein de son entreprise, ainsi que toute l'équipe qui l'entoure. En effet, l'équipe a su se montrer
attentionnée, et remplie de volonté à m'apprendre. Je la remercie pour les vêtements, le matériel
emprunté. Je remercie toutes les personnes qui m'ont véhiculé et tous les moyens déployés afin que
mon stage se déroule agréablement.
Résumé
L'observatoire Volcanologique et Sismologique de la Guadeloupe a pour but de surveiller
l'activité du volcan de la Soufrière et surveiller l'activité sismique de l'archipel de Guadeloupe et
notamment de l'arc antillais. On est en mesure d'étudier le potentiel éruptif du volcan. Différentes
disciplines sont sollicités comme la sismologie, la géophysique, et la géochimie. Ainsi, des
instruments de mesure comme les stations sismiques situées à la Soufrière, renseignent sur la
sismicité du volcan. De plus, grâce au GPS, à l'extensométrie, à la fissurométrie, qui seront
expliqués par la suite, on arrive à suivre les déformations associées au volcan. De même, certaines
techniques telles que la spectrométrie de masse, le dosage acido-basique ou la chromatographie
permettent d'analyser la composition des fluides volcaniques. En particulier, les gaz des fumerolles
et les eaux de sources thermales. Les réseaux sismiques qui peuvent être des réseaux de courte
bande, large bande ou accélérométrique s'installent peu à peu en Guadeloupe et aux Antilles pour
renforcer la surveillance de l'activité sismique. Par ailleurs, des dispositifs incluant des
marégraphes permettent de réagir face au risque tsunami.
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Présentation de l'Observatoire Volcanologique et Sismique de Guadeloupe
L'Observatoire Volcanologique et Sismique de Guadeloupe est une petite structure
opérationnelle, dépendant de l'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), organisme public de
recherche et d'enseignement supérieur en sciences de la terre et de l'environnement, qui a la
responsabilité de la surveillance des trois volcans actifs du territoire français (Guadeloupe,
Martinique et Réunion). Il dépend de trois tutelles, l'IPGP, le CNRS et le Conseil Général de
Guadeloupe.
L'histoire de l'observatoire : l'observatoire à été crée en 1950 à Parnasse, Saint-Claude
connu sous le nom de Laboratoire de Physique du Globe. Avant l'éruption majeur du volcan en
1976, l'ensemble de l'observatoire a été déplacé vers le Fort Saint-Charles de Saint-Claude. Les
transmissions des données partant des stations et arrivant à l'observatoire étaient acheminées par des
câbles puis au cours du temps, certaines données ont pu être transmises par télé-transmission.
Après l'éruption, les équipements de réception sismique sont restés au Fort tandis que le laboratoire
de géochimie et les bureaux administratifs retournent dans les locaux de Parnasse. En 1993 tout le
monde se regroupe dans un nouveau bâtiment construit par le Conseil Général, au Houëlmont à
Gourbeyre. Il porte le nom d'Observatoire Volcanologique et Sismologique de Guadeloupe
(OVSG).
Les missions opérationnelles de l'observatoire sont :
Premièrement, la surveillance de l’activité volcanique de la Soufrière de Guadeloupe par
le biais de l’enregistrement de séries temporelles de données géophysiques et géochimiques de
qualité, complétées par des observations visuelles de la phénoménologie dans le but de :
comprendre le fonctionnement du volcan, de détecter un changement de comportement et
l’évaluer en terme de potentiel éruptif mais également d'informer les autorités responsables de la
protection des personnes et des biens.
Deuxièmement, la surveillance de la sismicité régionale : la Guadeloupe et ses îles
proches, qui est liée à l’activité tectonique de l’arc des Petites Antilles. La sismicité est contrôlée
par le biais d'un enregistrement continu. Ainsi, il est possible d'avertir les autorités des
caractéristiques d’un séisme ressenti mais aussi des répliques qui peuvent y être associées. De plus,
l'observatoire établit sur de longues durées les caractéristiques spatio-temporelles de la sismicité
régionale et locale afin de contribuer à la zonation du risque sismique.
Troisièmement, la participation à l'alerte tsunami dans la Caraïbe, le Caribbean Tsunami
Warning System (CarTWS) pour lequel l'observatoire fournit des données sismologiques et
marégraphiques.
L'OVSG développe des travaux de recherche autour des thèmes suivants : la dynamique
éruptive de la Soufrière et des volcans antillais ainsi que la sismo-tectonique de l'arc des Petites
Antilles. L'étude des mécanismes physico-chimiques de l'érosion et du transport des sédiments dans
les rivières se fait grâce à une nouvelle structure formée : l'Observatoire de l'Erosion aux Antilles
(ObsErA) et reconnu en Janvier 2011 par l'Institut National des Sciences de l'Univers : l'INSU.
L'observatoire participe aussi au projet de recherche DOMOSCAN (financé par l'Agence Nationale
de la Recherche). L'objectif est la quantification de la dynamique et le suivi spatio-temporel du
système hydrothermal de la Soufrière de Guadeloupe.
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L'OVSG participe aussi à la sensibilisation, l'éducation aux risques en Guadeloupe.
L'organisme participe à l'information préventive par le biais d'interventions fréquentes dans les
médias par exemple de l'émission mensuelle « Sismik ». Durant le mois de Février, une animation
« sismobus » a eu lieu à Pointe-à-Pitre afin de faire prendre conscience à la population du risque
sismique. Additionnant, la divulgation des connaissances concernant le risque volcanique, risque
tsunami, dans des conférences, ou pour la fête de la Science. De même, des visites ont lieu,
majoritairement scolaire. Par exemple, j'ai pu assister à la rencontre des élèves de 6ème et 5ème du
collège de Marie-Galante, des lycéennes de classe préparatoire, et de Terminale Scientifique du
Moule.
L'OVSG est en relation avec divers organismes : CNRS, CIRAD, SRC, MVO, BRGM,
INRA, CEA, UAG, CDSA, Parc National, Météo France, Conseil Général, Conseil Régional, la
Préfecture. Durant mon stage, l'observatoire a reçu la visite de Mme PECRESSE, Ministre chargée
de l'enseignement supérieur et de la recherche, accompagnée de son cabinet, du Préfet, du recteur et
des représentants des collectivité. Etait aussi présent le Directeur des observatoires volcanologique
et sismologique à l'IPGP, Mr Steve TAIT.
Présentation de l'équipe
L'équipe est actuellement composée d'une équipe permanente de 13 membres :
Jean-Bernard de CHABALIER, Directeur de l'OVSG et Responsable Scientifique, en
géophysique, Physicien Adjoint IPGP
Marie-Paule BOUIN, Sismologue, chargée de Recherche CNRS
Christian ANTENOR-HABAZAC, Directeur adjoint, Ingénieur de Recherche CNRS
Gaëtan-Thierry KITOU, Ingénieur d'études en électronique et des réseaux CNRS
Jean-David NAGAU, Technicien, dépouillement sismique et la maintenance des stations,
IPGP
Christian LAMBERT, Technicien, atelier, hygiène et sécurité, maintenance, IPGP
Pascal RIVAL, Technicien en mesure instrumentales, fait de la maintenance, de l'acquisition,
IPGP
Alexis BOSSON, Responsable informatique, assistant ingénieur, CNRS
Frédéric RANDRIAMORA, Ingénieur d'étude en informatique, IPGP
André ANGLADE, Ingénieur en instrumentation, CNRS
Sébastien DEROUSSI, Ingénieur d'étude sur les réseaux de déformation, GPS, gravimétrie,
IPGP
Olivier CRISPI, Assistant ingénieur en analyses de gaz et de sources thermales, CNRS
Véronique DANIEL-LUREL, Secrétaire et Gestionnaire, adjoint administratif, IPGP
Durant mon stage étaient aussi présents des équipes scientifiques de l'IPGP, Anthony
Finizola, Eric Delcher, Fabricio Di Gangi, Dominique Gibert, et leurs étudiants, Guillaume
Levieux, responsable de la communication aux observatoires de l'IPGP et trois étudiants italiens
Gabriele Borgogno, Claudio Trovato et Mauro Passarella.
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INTRODUCTION
Les Antilles sont exposés aux risques telluriques c'est-à-dire liés à la terre. En 1902, la
montagne Pelée de Martinique rentre en éruption et détruit la ville de Saint-Pierre, causant près de
30 000 victimes. En 1843 le séisme majeur de magnitude 8 ravage la ville de Pointe-à-Pitre causant
plusieurs milliers de morts. Depuis 1995, le volcan de la Soufrière Hills à Montserrat est entré en
éruption et dure toujours. L'éruption a détruit la capitale de Plymouth et a nécessité le déplacement
de milliers de personnes. Plus récemment la Guadeloupe a été fortement marquée par l'éruption
phréatique de la Soufrière, en 1976-77 avec plus de 20 explosions accompagnées de retombées de
cendres sur Saint-Claude, Basse Terre, et même jusque Vieux-Habitants. Cette éruption n'a pas
produit de lave et est due à la mise sous pression du système hydrothermal de la Soufrière,
projetant le long de fractures du dôme de la vapeur d'eau des blocs et des cendres. Le séisme des
Saintes de 2004 de magnitude 6.3 a causé des dégâts importants.
La Guadeloupe se situe dans un contexte de subduction. La plaque tectonique Nord
Américaine passe sous la plaque de la plaque Caraïbe à la vitesse de 2 cm/an engendrant un arc
volcanique actif et une sismicité remarquable, la plus importante du territoire français. Toute la
partie Basse-Terre, de la Guadeloupe est un ensemble de chaîne volcanique allant du plus ancien au
Nord de la Basse-Terre vers le plus récent au Sud Basse-Terre : la Soufrière. La Soufrière fait
partie des neuf volcans actifs de l'arc des Petites Antilles. C'est le seul volcan actif en Guadeloupe.
La Soufrière est un volcan de type explosif. Il est constitué d'un dôme. Son magma est visqueux et
est riche en minéraux calco-alcalins étant situé sur une île volcanique de subduction. Ce type de
volcan est donc capable d'émettre des coulées pyroclastiques, des cendres, des nuées ardentes,
des coulées de lahars : coulées de boue, des lapillis.
Bien que les séismes demeurent aujourd'hui imprévisibles, la sismicité est surveillée par des
réseaux de sismomètres. Les données sont transmises en temps réel à l'observatoire et analysées afin
d'en déterminer leurs caractéristiques, localisation, et magnitude. L'observatoire produit des cartes
d'intensité prédites qui aident les autorités pour la gestion de crise.
L'objectif du stage est d'identifier et décrire les principales techniques et méthodes mises
en œuvre à l'observatoire pour la surveillance de l'activité volcanique de la Soufrière de
Guadeloupe et de l'activité sismique de cette limite de plaque. Une première partie présentera la
surveillance volcanologique, une deuxième partie la surveillance sismologique. Nous conclurons
sur une analyse du potentiel éruptif actuel du volcan et sur une analyse de la sismicité de l'arc
des Petites Antilles.
7
I- LA SURVEILLANCE
IQUE
SURVEILLANCE VOLCANOLOG
VOLCANOLOGIQUE
L'objectif de la surveillance de l'activité volcanique c'est de détecter les signes précurseurs
de la remontée du magma vers la surface.
Schéma 1- Le phénomène de la subduction et la formation du volcan
En contexte de subduction, la plaque Nord Américaine étant plus dense, s'enfonce de 2cm/an
sous la plaque Caraïbe. A 150 kilomètres de profondeur il y a une fusion partielle du manteau. Le
magma étant moins dense que les roches a tendance à remonter et va se concentrer en une poche
magmatique sous le volcan. La différenciation du magma se fait alors par cristallisation
fractionnée.
L'alimentation de la chambre magmatique va créer une surpression sur les parois des
roches, et va se manifester par des facturations appelées des failles, et par des séismes dits
volcaniques. Donc surveiller la sismicité du volcan est un signe précurseur d'une éruption.
La dilatation de la chambre magmatique va déformer l'édifice. Donc le fait de surveiller les
déformations de surface est précurseur d'éruption.
A mesure que le magma monte, sa pression diminue. Cette diminution est associée à un
dégazage en particulier en Soufre, CO2, Chlore. Un fort dégazage en Soufre, CO2, Chlore indique
une alimentation de la chambre par du magma, donc l'arrivée future de magma en surface. Ces gaz
peuvent interagir avec la nappe phréatique de l'édifice (il pleut près de 10 mètres d'eau par an qui
ruisselle ou s'infiltre, alimentant des nappes phréatiques) : le système hydrothermal au sein du
volcan et se manifestent par les sources chaudes en surface et des fumerolles. Ce système
hydrothermal peut aussi monter en pression (par augmentation du flux de chaleur, colmatage des
fractures, cristallisation fractionnée) et provoquer des éruptions phréatiques (explosions sans
production de magma en surface) comme en 1976. Donc suivre dans le temps l'évolution des
constituants des gaz et de l'eau des sources hydrothermales permet de prévoir une éruption du
système magmatique.
Certains prélèvements ou mesures nécessitent des déplacements sur le terrain. Mais il y a
d'autres moyens techniques qui sont mis en œuvre et permettent une surveillance à distance en
temps réel.
Ainsi on est amené à évoquer comment la surveillance se fait par l'intermédiaire de tout un système
d'acquisition de données.
I.1 ACQUISITION DES DONNÉES EN TEMPS RÉEL
Il existe des capteurs installés sur le volcans qui transmettent leurs données en temps réel à
l'observatoire. On utilise des transmissions radios, satellite, wifi ou internet.
8
Des stations mesurent la température, la conductivité, le débit pour certains sites. Les
stations avec le GPS sont utilisées pour apprécier la déformation. On mesure aussi en continu les
paramètres météorologiques au sommet (la température, la pression, le vent, la pluviométrie) afin de
corréler les variations physico-chimiques observées de la météorologie. Certaines mesures sont
faites depuis l'observatoire par la distancemétrie à l'aide d'un théodolite situé sur le toit de
l'observatoire permet de mesurer (lorsque la visibilité le permet) des réflecteurs disposés sur
l'édifice. Pour connaître les sites où ces stations sont positionnées voir la carte du réseau Massif
Soufrière en annexe.
Une station contient des capteurs : un sismomètre ou un thermomètre par exemple, qui sont
alimentés soit par batteries, panneaux solaires, ou Électricité De France (EDF). Le signal du
capteur est soit transmis par radio puis numérisé à l'observatoire, ou alors numérisé sur place et
transmis numériquement par téléphone, internet, ou satellite. Ces données sont alors acquises à
l'observatoire et traitées par des logiciels puis affichées sur les écrans à l'observatoire. Le bon
fonctionnement de chacun de ces systèmes s'avère donc très important.
Activité menée : j'ai pu assister à la maintenance d'une station située au lycée de Saint-Rose, au
domaine du Bois debout à Capesterre Belle Eau, une autre à Parnasse Saint-Claude et une prévue à
Tarade sur la Soufrière par un technicien. D'autres réparations peuvent se faire à l'observatoire par
le biais des informaticiens.
Sur l'ensemble de la Soufrière, des capteurs tels des sismomètres sont placés pour mesurer
les vibrations sismiques du volcan.
I.2 LA SISMICITÉ DU VOLCAN
A l'intérieur du volcan, il se produit des séismes. Grâce au logiciel «hypo71», on peut
localiser les données sismiques du volcan puis les représentées sur des cartes (voir la carte sur 1an).
I.2.1 Traitement et visualisation des données de la sismicité du volcan
Description de la carte de la sismicité Soufrière ci après
La requête est réalisée entre le 23/02/2010 et le 23/02/2011. Pendant cette période, 75
séismes volcaniques et un séisme tectonique se sont produits sur la Soufrière. La plus forte
magnitude enregistrée était de 3,1 et la plus forte intensité était de I (non ressenti). Le dernier
événement enregistré était localisé le 13/02/11 à 16°02'43'' N, 61°39'35 W à une profondeur de 0,18
km et de magnitude 0,8.
Sur la première carte, on remarque que les séismes se concentrent entre Matouba et StClaude au niveau du dôme. En juxtaposant les projections, on se rend compte que les séismes de
plus forte magnitude se situe au niveau du relief vers 0km de profondeur (niveau de la mer) et la
surface, enregistrés plus ou moins vers le mois d'Avril 2010. D'autres séismes entre les magnitudes
1 et 2 sont localisés aux environs de 3km de profondeur majoritairement entre Octobre 2010 et
Janvier 2011.
Il y a une période entre Mai et Octobre où moins de séisme sont localisés. Un séisme se
démarque des autres évènement situé à 4km de profondeur, loin du dôme au Sud-Est entre Aout et
Septembre. Il s'agit du séisme tectonique évoqué en amont.
Interprétation
L'activité sismique est plutôt faible, en continuité avec l'activité sismo-volcanique des
dernières années. Elle est superficielle, se concentre dans le dôme, à une profondeur ne dépassant
pas 2-3 km. Cette sismicité reflète une activité de type hydrothermale, c'est à dire une circulation de
fluides dans l 'édifice qui active des failles ou fractures par hydro-fracturation. On n'observe aucune
activité sismique profonde (supérieure à 5 km) indiquant un activité du système magmatique.
9
La sismicité est un des éléments essentiels de l'activité éruptive d'un volcan. La mesure des
déformations du volcan permet aussi de surveiller l'activité éruptive.
10
I.3 LES DÉFORMATIONS DU VOLCAN
En effet, un gonflement du volcan est aussi un indice à une éruption éventuelle. Il existe des
méthodes pour la surveillance des déformations telles que l'utilisation du GPS (Global Positioning
System), l'extensométrie, la fissurométrie et la distancemétrie. Ces réseaux sont localisés sur la
carte du massif Soufrière en annexe.
I.3.1 La méthode du GPS (Global Positioning System)
Le GPS est un système de géolocalisation par satellite qui permet de mesurer au millimètre
près et dans les trois directions, le déplacement du sol soit par des stations continues : c'est le GPS
continu (actuellement deux stations sur le dôme), produisant un résultat par tranche des huit heures ;
ou soit par GPS répétition : c'est un système manuel répartis autour du massif sur 35 repères
mesurés simultanément pendant environ quatre heures. La mesure GPS à répétition est réalisé une
fois par année ou une fois tous les trois ans.
I.3.2 L'extensométrie et la fissurométrie
Le principe
L'extensométrie permet de mesurer l'écartement entre deux points des rebords de failles.
Pour cela, des anneaux sont scellés aux rebords des différentes failles et mesurés à l'aide d'un
extensomètre ayant un ruban gradué permettant une précision de l'ordre de quelques dixièmes de
millimètres. Les écarts entre ces anneaux sont de l'ordre du mètre à quelques mètres. Pour les
écartements à plus petite échelle, de l'ordre du centimètre, des fissuromètres ont été installés et
mesurés avec un pied à coulisse. Ces mesures sont relevées tous les trois mois environ, sur tous les
sites selon les conditions climatiques.
Les conditions climatiques sont parfois difficiles. Il faut être prudent, certaines zones
présentent des émissions de CO2 importantes. Il faut alors s'assurer avec un capteur que le taux
maximal toléré pour l'homme (pas plus de 1000ppm) n'est pas dépassé.
Activités réalisées : le 15/02/11, j'ai entré les mesures sur l'ordinateur de terrain et relevé
des mesures grâce aux extensomètres. Lors de cette sortie terrain, grâce aux fissuromètres on a
aussi évalué dans les trois directions (verticale, parallèle, et perpendiculaire à la fracture)
l'écartement de la faille de la Fente du Nord (FNO1). D'autre mesures d'extensométrie ont eu lieu
sur la Fente du Nord Ouest au sommet du volcan (FNW1), Dupuy (DUP), Napoléon (NAP1),
Peysonnel (PEY1), Dolomieu 1 (DOL1) et Dolomieu 2 (DOL 2).
L'extensomètre
Les instruments étant nouveaux, avant d'effectuer la série de mesure, les deux extensomètres
ont été calibrés sur un bâti à l'observatoire. Les instruments utilisés seront nommés slope et soil.
Photographie 2- L'extensomètre : Soil
1
2
3
Photographie 1- L'extensomètre : Slope
Légende : 1) Pied à coulisse ou système de mesure avec précision 2)Ruban d'extensomètre 3)
Crochets
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La méthode de mesure sur le bâti ou le terrain
– Accrocher les crochets de l'extensomètre aux anneaux fixés aux parois du bâti ou de la
faille
– Régler le ruban dans le bon trou de façon à ce qu'il ne se dilate pas.
– Serrer ou desserrer le pied à coulisse (répéter le mouvement pour relever les mesures)
– Remplir la fiche d'extensométrie.
– Entrer les valeurs sur logiciel qui calcul une moyenne et l'écart type.
Activités réalisées : j'ai réalisé des mesures avec l'extensomètre Slope et Soil sur le bâti. J'ai porté
ces mesures sur une fiche d'extensométrie indiquant la date, l'heure, le site, la météo, température,
la force du vent, le ruban, l'offset. J'ai ensuite entré ces informations dans une base de donnée d'un
ordinateur. Voir photographie : résultat de mesures d'extensométrie sur le bâti.
Impression.écran 1- Résultat de mesures d'extensométrie sur le bâti
Ainsi, les mesures et résultats permettent à long terme d'obtenir des courbes, de différents
sites. Analysons alors les courbes du réseau extensométrie.
Description des courbes du réseau d'extensométrie ci-après
Ces courbes présentent les variations des écartements en millimètre, des failles du réseau
extensométrie depuis le 13 Juin 1995 au 23 Février 2011. Notons en gras les sites mesurés lors de
ma sortie terrain le 15/02/11.
Dans la zone Nord, on distingue les variations DUP3 qui peuvent être au maximum de plus
de 4mm alors que celles DUP2 peuvent atteindre jusqu'à environ -8mm. Les courbes FNW1,
DUP1, FNO1 varient à plus ou moins 1mm.
En zone Sud-Est, la courbe NAP1 augmente progressivement jusqu'au maximum à environ
30mm soit 3cm sur une période de plus de 10ans.
En zone Sud, les courbes DOL2, PEY1, F302, F303 ont une allure générale en
augmentation jusqu'à un maximum qui dépasse 6 à 8mm. Au contraire, la courbe DOL1 diminue
approximativement de 4mm.
12
Interprétation
Certaines failles s'ouvrent, d'autres se referment, d'autres ne varient pas. Globalement les
évolutions restent faibles. Par conséquent, ces variations ne montrent pas de déformations
majeures du volcan, qui seraient précurseurs d'une éruption. Ces variations sont plutôt dues à des
effets de surface liés aux circulations de fluides d'origine météorologiques ou du système
hydrothermal.
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Il y a d'autres paramètres qui entrent en compte avant une éruption tels que l'étude de la
géochimie des fluides volcaniques.
I.4 LA GÉOCHIMIE DES FLUIDES VOLCANIQUES
Sur un volcan actif, l'interaction entre les gaz magmatiques chauds du réservoir profond, les
nappes phréatiques, et les roches encaissantes conduit à la formation d'un système hydrothermal.
Étudions d'abord la chimie des gaz.
I.4.1 Les gaz
Chaque mois, le chimiste prélève directement ou de façon indirecte les gaz des fumerolles,
notamment du Cratère Sud. L’analyse de la composition chimique des fumerolles renseigne alors
sur l’évolution du processus éruptif.
La spectrométrie de masse
La spectrométrie de masse est une technique qui permet de recueillir les atomes après une
ionisation et la migration des éléments dans un appareil appelé le spectromètre . La reconnaissance
de la molécule se fait selon sa masse.
Le procédé : on introduit le gaz dans le spectromètre à une pression constante : 50mbar. On referme
les bonnes vannes. Puis par l'intermédiaire du logiciel : quadstar, on obtient une courbe qui nous
informe de la concentration en fonction de sa masse.
Activité menée : j'ai pu assisté à la mise en œuvre de cette technique.
Passons à l'analyse des gaz fumerolliens.
Analyse du réseau de gaz fumerolliens (10ans)
Description : On observe une grande variation des
températures des gaz au cratère Sud, donc une grande
variabilité des mesures d'un mois à l'autre. Toutefois on
voit une lente augmentation jusqu'en 2008, atteignant
plus de 130°C, puis une diminution. Le pH varie autour
de 0 à 2 en moyenne. Le rapport S/C est en lente
augmentation d'une façon générale jusqu'en 2008 puis
se stabilise.
Interprétation : Les pics de température d'un mois à
l'autre indiquent une variabilité des mesures
probablement en relation avec la météorologie, et plus
précisément la pluviométrie très variable. Les lentes
augmentations sur plusieurs années sont difficiles à
interpréter. Elles peuvent être dues à la réorganisation
des circulations des fluides dans l'édifice ou à des
variations lentes du dégazage en profondeur. L'avenir
permettra de discriminer. Le pH est très acide. Le
rapport S/C : l'abondance en H2S et CO2 témoigne d'un
dégazage faible. Une augmentation importante des flux
de SO2 et monoxyde de carbone du volcan indiqueraient
un dégazage important du magma qui est un indicateur
essentiel de l'arrivée d'une éruption. Le carbone delta 13 ayant une valeur de -3,5 traduit son
origine magmatique et non organique. La fumerolle de la croix du Nord a évolué dans le temps. Il y
a eu un colmatage qui serait lié à des déplacements au sein du volcan.
14
On peut mettre en parallèle la sismicité et l'activité des fumerolles : en effet, une forte
activité sismique peut conduire à une réactivation ou une fermeture de fractures et donc à une
variation du débit en gaz.
L’ascension du magma s’accompagne de l’émission d’un ensemble de produits volatils
(CO2, SO2, H2S, HCl, halogénures alcalins) qui migrent le long des failles et fractures. Ces éléments
traversent la nappe phréatique, véritable couvercle de l’édifice, et passent en partie en solution, où
ils sont alors dissout.
Donc suivre l'évolution de la concentration de CO 2 dissout, dans les sources thermales est
aussi indicateur d'une éruption car elle sont liées au système hydrothermal.
I.4.2 Les sources thermales
La surveillance géochimique des sources thermales repose sur des paramètres physiques :
la température, le débit, la conductivité : c'est l'inverse de la résistivité, le pH qui informe sur
l'acidité. De surcroît, l'analyse chimique renseigne sur la composition des échantillons qui sont
prélevés régulièrement : une fois par mois.
La méthode de prélèvement des sources
– Nommer les échantillons : le nom est en abrégé, la date est indiquée, et la lettre F portée
sur le tube si il a été filtré .
– Prélever directement avec le bêcher l'eau de source
– Prélever l'eau du bêcher avec la seringue qui comporte un filtre à son embout
– Insérer l'eau de sources dans quatre tubes : deux seront utilisés au laboratoire et deux
seront envoyés à l'IPGP en France. Finir le prélèvement par tout ranger dans les sacs.
Activité réalisée : j'ai effectué des prélèvements de sources à Galion (GA), Galion Blanc
(GAB), Tarade (TA), Pas du Roy (PR), aux Bains Jaunes ( BJ).
L'analyse de ces prélèvements peut se faire par le dosage acido-basique ou chromatographie.
Le dosage acido-basique
But : obtenir la concentration de CO2 dissout dans l'eau de source, ou pluie et le pH de l'échantillon.
L'expérience dure une dizaine de minutes.
Matériel utilisé : un pipeteur, une pipette, le titrateur automatique est associé à une électrode, la
burette contient un barreau aimanté.
Photographie 3- Le
titrateur automatique
Méthode
– Étalonner l'électrode au pH 4 et 7
Consigne de manipulation : agiter pour ne pas avoir de zone
d'appauvrissement. Respecter les consignes de sécurité : pour des
échantillons très acides, allumer la hôte, attention aux mains, aux yeux.
– Faire la vidange
– Électrode et agitateur nettoyés à l'eau désionisée
– Remplir la burette de 5ml d'échantillon, pipette à utilisation
unique
– Rajouter de l'eau
– Entrer le nom du nouvel échantillon : les initiales du lieu + la
date de prélèvement
– Relever les informations supplémentaires c'est-à-dire les
concentrations en CO2 et pH
– Archiver au cahier des charges ou bien sur le réseau
15
La chromatographie
La chromatographie analytique est une autre technique utilisée pour séparer les éléments
d'un composé chimique. En principe, le graphe obtenu permet d'obtenir la concentration de chaque
anion : Fluor F- Cl- Br- NO3- SO4- ou cation : Na+ K+ Ca2+ Mg2+. La durée de l'analyse est de 20
minutes.
Matériel
Procédé
On introduit un éluant dont concentration est connue. Puis une
pompe accélère la migration des ions dans une colonne. Alors les
éléments les plus petits c'est-à-dire que les éléments moins
chargés migrent plus vite contrairement aux plus lourds.
On obtient une courbe qui présente des pics à chaque ions chaque
5min.
Mais il faut d'abord réajuster le graphe des pics puis entrer les
données dans la banque des données du site de l'observatoire.
Activité réalisée : j'ai fait des réajustements des pics et j'ai entré
des valeurs dans la banque de donnée.
Photographie 4- Le
chromatographe
Analyse du réseau de sources thermales en dix ans
Une analyse du réseau de sources thermales en dix ans montre que la majorité des
paramètres observés : la température, le pH, la conductivité, varient lentement sur la dernière
décennie. En particulier les températures de certaines sources sont en, lente augmentation, d'autres
en lente diminution, d'autres sont stables. Les concentrations en Cl-/SO4 2-, HCO3/ SO4 2- : sont
quasiment constants, mis à part une légère variation en 2009.
Ces mesures sont cohérentes avec les autres mesures présentées plus haut, c'est à dire de
faibles variations en relation avec les variations du système hydrothermal de la Soufrière.
I.5 BILAN
Tableau 1- Définition des niveaux d'activité volcanique en Guadeloupe (IPGP-OVSG)
16
II- SURVEILLANCE SISMOLOG
IQUE DE L'ARC ANTILLAIS
SISMOLOGIQUE
L'archipel antillais se situe en bordure de la limite des plaques Caraïbe et Nord Américaine,
ce qui lui confère une zone de sismicité très active. Il existe des moyens pour mesurer et quantifier
un séisme sur l'arc antillais. Un séisme est le résultat de l’accumulation d’une énergie libérée à
l'intérieur de la terre ou en surface en créant alors des failles au moment où le seuil de rupture
mécanique des roches est atteint. Le séisme se traduit en surface par des vibrations du sol.
Les séismes peuvent être classés en trois catégories. Premièrement, les séismes tectoniques.
Ce sont les plus puissants et les plus meurtriers. Ils ont lieu à l'intersection des plaques tectoniques.
Deuxièmement, les séismes volcaniques (déjà évoqué dans la partie précédente). Troisièmement,
les séismes artificiels. Ils correspondent à des séismes de magnitude moyenne qui sont dus aux
activités humaines comme les vibrations ressenties au passage d'un camion lourd, ou l'activité d'une
carrière.
Les dégâts engendrés par un séisme dépendent de divers paramètres notamment de la
magnitude qui se définit par son amplitude. Mais aussi la durée de la secousse, sa fréquence de
vibrations, les caractéristiques du terrain, ainsi que de la faille mis en jeu. L'hypocentre
détermine la région du séisme généralement en profondeur. L'épicentre est le point à la surface le
plus proche de l'hypocentre. L'intensité renseigne sur l'ampleur des effets et dégâts produits.
Ainsi lors d'un événement, on a déjà mis en place des dispositifs capable de déterminer toutes
les caractéristiques du séisme et dont les réseaux de courte période, large bande,
accélérométrique à l'échelle de la Guadeloupe (sur le dôme de la Soufrière, voir annexe pour
connaître la disposition des appareils sismiques), mais aussi des dispositifs en relation entre les
pays des Antilles (stations sismiques, alerte tsunami).
Présentons l'appareil de mesure.
I.1 LE SISMOMÈTRE
Le sismomètre est un appareil qui mesure la vitesse du mouvement du sol
avec le temps. Le tracé de ce mouvement s'appelle un sismogramme. Pour
suivre le mouvement du sol, le sismomètre est doté d'un ressort qui amorti le
mouvement perçu. Voici le sismomètre nouvellement utilisé par l'observatoire
et qui est doté de trois composantes : une composante qui capte le mouvement
vertical, une composante Nord-Sud et une autre Est-Ouest. Un sismomètre peut
être de courte période, de large bande ou très large bande, en fonction le sa
sensibilité à la fréquences des vibrations. Il existe aussi des accéléromètres qui
mesurent l'accélération du sol. Ces instruments ne saturent jamais.
Photographie 5:Le sismomètre à
trois composantes
II.2 LES SISMOMÈTRES DE COURTE PÉRIODE
Les sismomètres « courte période » sont des capteurs d'ondes sismiques ayant des périodes
inférieures à 2 secondes, et sont surtout utilisés pour étudier sismicité proche et régionale, les
ondes de volume c'est-à-dire les ondes de compression ou ondes P, et les ondes de cisaillement ou
ondes S.
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II.3 LES SISMOMÈTRES DE LARGE BANDE
Les sismomètres « large bande » sont des capteurs des ondes sismiques ayant des périodes
comprises entre 20 et 60 secondes voir plus pour les « très large bande » et sont utilisés notamment
pour l'étude des ondes de surface mais aussi des ondes de volume des séismes.
II.4 LE RÉSEAU D'ACCÉLÉRATION PERMANENT (RAP)
Le réseau accélérométrique permanent (RAP) crée en 2000, est financé par le Groupement
d'Intérêt Scientifique (GIS), sous les tutelles du Ministère de l'Aménagement du Territoire et de
l'Environnement, du Ministère de l'Équipement et du Ministère de la Recherche. Ce réseau est
composé de capteurs capables d'enregistrer les mouvements forts du sol (de l'ordre d'une fois
l'accélération de la pesanteur, soit 1 g) et de fournir aux chercheurs, aux ingénieurs des données
permettant de comprendre les sources des forts séismes, les phénomènes relatifs au mouvement
du sol, les effets de site lors des séismes et ainsi améliorer leurs connaissances sur la vulnérabilité
des ouvrages.
Ainsi, des réseaux de courte période, large bande, et accélérométriques sont étalés sur
l'ensemble de la Guadeloupe voir les îles avoisinantes permettant de mieux acquérir les signaux
sismiques et affiner la localisation des séismes régionaux et locaux.
II.5 ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNÉES
Lorsqu'un séisme est enregistré sur les stations, l'enjeu est de pouvoir le localiser et
déterminer la magnitude. Ces stations renvoient les données sur graphe. La première étape c'est
l'extraction des séismes depuis le signal continu. Le principe de la localisation est la triangulation : à
partir des temps d'arrivée mesurés à chaque station et un modèle de vitesse de propagation des
ondes sismiques dans la terre, le programme d'inversion itératif « hypo71 » permet de déduire la
longitude, latitude, profondeur.
II.5.1 Localisation de séisme
Impression.écran 2- Un sismogramme mettant en exergue un signal sismique perçu
par plusieurs stations
La couleur rouge indique les stations positionnées sur le volcan et le vert correspond aux autres
stations principales aux Antilles. Elles sont classées à gauche de l'écran. Du haut vers le bas, ce sont
les stations situées du Nord vers le Sud dans l'arc antillais. Les stations concernées sont alors
examinées pour déterminer la localisation du séisme. Entre autre elles servent à pointer le séisme.
18
II.5.2. Pointer le séisme
On pointe sur le logiciel les temps
d'arrivée des ondes P premières, et
l'arrivée des onde S quand elle peuvent
être distinguées. Les temps d'arrivée d'au
moins trois stations permettent de calculer
l'hypocentre. C'est la durée du séisme
qui permet de déterminer la magnitude.
Ensuite on vérifie la cohérence du résultat
renvoyé par le logiciel.
Impression.écran 3- Pointage du séisme
II.6 LA SISMICITÉ ACTUELLE
II.6.1 Analyse de la
sismicité des Antilles
en un an (auteur :
OVSG-IPGP)
19
Grâce aux interactions avec différents
réseaux sismiques des Antilles, on peut
examiner à grande échelle et à long terme
la sismicité des Antilles.
Description
Ces cartes présentent dans l'espace les séismes enregistrés par les stations aux Antilles en
fonction de leur latitude, longitude, profondeur, et leur magnitude. Les séismes compris entre 0
et 50 km sont étalés à l'avant de l'arc des Petites Antilles. Ils ont en majorité une magnitude
comprise entre 2 à 4. On remarque que les séismes ayant une profondeur comprise entre 150 et
200km s'alignent principalement au niveau de l'arc des Antilles et possède en générale des
magnitudes modérées : en moyenne 2 à 3. Au total, 749 séismes ont été détectés dont 21 ressentis
entre le 23 Février 2010 au 23 Février 2011. Les failles sont en traits noir épais. Au Nord de la
Guadeloupe, on voit un réseau de failles orientées Nord-Est Sud-Ouest. D'autres qui suivent
l'alignement de l'arc des Antilles, puis au Sud de la Guadeloupe des failles orientées Nord-Ouest
Sud-Est. La coupe A-B montre bien les séismes qui se dessinent le long d'une de pente moyenne.
Interprétation
La subduction des plaques Américaines sous la plaque Caraïbe s'effectue suivant le plan de
Wadati-Benioff. Le plongement de plaque est moyen et engendre des séismes superficiels liés aux
contraintes et aux déformations accumulées dans la plaque tectonique de Caraïbe. L'interface de la
plaque plongeante est soumis à des frottements et fractures, d'où les séismes le long de la plaque et
en profondeur. Les réseaux de faille traduisent les zones fragiles et les déplacements de plaques.
Cette subduction induit une zone sismique aux Antilles fortement active.
II.6.2 La prévention
Les séismes sont imprévisibles, ils peuvent survenir à n'importe quel moment en
Guadeloupe. Les actions de prévention se multiplient en passant par le respect des réglementations
parasismiques, l'aménagement intérieur du milieu de vie. Notamment par l'apprentissage du
comportement à adopter avant comme par exemple apprendre les geste du secouriste ou afficher les
consignes de sécurité dans les lieux public, pendant et après le séisme.
Les collectivités, la préfecture, la sécurité civile, favorisent de plus en plus l'information
préventive au risque sismique par le biais du Dossier Départemental sur les Risques Majeurs
(DDRM), de plaquette de sensibilisation fait par la DDE (Département De l'Eau), des Plans de
Prévention des Risques (PPR) utiles lors des constructions. Les structures favorisent l'alerte et
déploient des méthodes pour la protection des biens et des populations par le biais de Plan de
Secours Spécialisé (PSS), plan ORSEC départemental (Organisation des SECours) en cas de
sinistre majeur. Ce dernier plan définit les missions des services publics et des organismes.
Dès qu'un fort séisme intervient, l'OVSG se charge de transmettre un communiqué qui décrit
les caractéristiques du séisme aux autorités, services et médias.
Le risque sismique peut aussi être associé au risque tsunami.
II.7 LE RISQUE TSUNAMI
II.7.1 Définition du tsunami
Un tsunami ou raz-de-marée est une onde provoquée
par un mouvement rapide d'un grand volume d'eau
(océan ou mer). Ce mouvement est en général dû à
un séisme, une éruption volcanique sous-marine de
type explosif ou bien un glissement de terrain sousmarin ou aérien de grande ampleur. Un impact
météoritique peut aussi en être la cause, de même
Schéma 2- Un modèle de tsunami
qu'une explosion atomique sous-marine. L'onde
peut se propager à une vitesse de 800km/h et atteindre au maximum environ 40 mètres de hauteur.
20
Le littoral des îles est fortement soumis au risque tsunami d'autant plus que l'amplitude de l'onde
augmente à l'approche des côtes. Les tsunamis les plus redoutables sont surement ceux de longues
périodes (10 à 60 min) provenant généralement d'un séisme d'origine tectonique, car l'énergie
dissipée est très faible même sur de longues distances. Contrairement, les tsunamis de courtes
périodes qui sont plutôt d'origine volcanique ou dûs à un glissement de terrain, ont la capacité de
dissipée rapidement l'énergie.
Afin d'atténuer ce risque tsunami il est nécessaire de pouvoir prévoir un tsunami, et passer
l'alerte à temps.
II.7.2 Dispositif de prévention dans la Caraïbe
Dans la Caraïbe, la prévention du risque tsunami se fait par l’intermédiaire du Caribbean
Tsunami Warning System (Car TWS) dont l’observatoire est un maillon important. L'OVSG
participe à la mise en place d'instrumentation tel que le marégraphe qui mesure les variations du
niveau de la mer, installé à Deshaies mais aussi à la Désirade.
Photographie 6- Le dispositif d'une station sismique
équipée d'un marégraphe à la Désirade
21
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
A l'issu de ce rapport, on a pu identifier les techniques qui permettent d'analyser le potentiel
éruptif. Le résultat de la surveillance sismique du volcan ne démontre aucune activité sismique
profonde. Par conséquence on ne révèle pas d'activité du système magmatique. Les mesures des
déformations du volcan qui on été réalisées en particulier à l'aide de l'extensométrie, retracent
globalement des évolutions lentes et faibles. Il n'y a pas de déformations majeures du volcan
qui seraient dues à l'arrivée en surface du magma. L'analyse des gaz par la spectrométrie de masse
laisse apparaître de lentes augmentations de gaz sur plusieurs années. Mais pour le moment,
l'origine de ces variations est encore difficilement discernable. Ces variations peuvent refléter la
réorganisation des circulations des fluides dans l'édifice ou alors les variations lentes du
dégazage en profondeur. Sur dix ans, grâce à des analyses des sources thermales on peut avancer
que les variations des différents paramètres physiques et chimiques obtenus par dosage acidobasique ou par chromatographie sont faibles. La corrélation de tous ces résultats montre des
variations de quelques paramètres. D'où l'on justifie le niveau d'alerte en jaune acuellement. Il est à
noter que le volcan de la Soufrière est en vigilance jaune depuis 1992. En ce moment, il n'y a pas
de risque d'éruption du volcan.
D'autres techniques permettent de surveiller l'activité sismique en Guadeloupe mais aussi
dans l'arc antillais. C'est principalement grâce au réseau de courte période, de large bande et
accélérométrique qu'il est possible de mettre en évidence une activité sismique élevée aux
Antilles. Cette activité est due à la subduction des plaques Américaines sous la plaque Caraïbe mis
en route depuis plusieurs décennies. On sait localiser et déterminer les caractéristiques d'un
séisme en peu de temps. Le risque tsunami étant également présent, des systèmes de prévention se
mettent en route. On peut citer l'implantation progressive de marégraphes en Guadeloupe et la
collaboration avec Caribbean Tsunami Warning System dans la Caraïbe.
Apport personnel du stage
C'est la première fois que j'ai réalisé un stage dans le domaine scientifique. J'ai effectué mon
stage à l'Observatoire Volcanologique et Sismique de la Guadeloupe, à Houëlmont de Gourbeyre
durant la période du 31 Janvier au 25 Février 2011. Et durant un mois j'ai pu me mettre en situation
de travail dans le milieu professionnel. C'est avec enthousiasme que j'ai pu mettre en relation les
notions acquises durant mon cursus universitaire, et les problématiques rencontrées sur le terrain.
J'ai réussi à m'approprier du sujet grâce à de nombreuses observations, réflexions, et la participation
aux activités au sein de l'équipe. J'ai pu renforcer mes compétences : travailler en équipe,
s'exprimer, communiquer à l'écrit et à l'oral. J'ai rencontré des membres qui font partie de la
recherche scientifique. De plus, j'ai pu découvrir d'autres structures d'enseignement, de recherche,
des bureaux d'études en France et dans la Caraïbe. Par conséquent, ce stage m'a été très positif.
Mon stage m'a fait rendre conscience qu'il y a encore des recherches à entreprendre dans le domaine
de la volcanologie, la sismicité, et les tsunamis dans la Caraïbe.
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Références bibiographiques
•
Posters affichés à l'observatoire
http://www.ipgp.fr/~beaudu/soufriere.html
•
Dossier Départemental sur les Risques Majeurs 2004, préfecture de la région Guadeloupe
•
Bilan mensuel Janvier 2011 de l’activité volcanique de la Soufrière de Guadeloupe et de la
sismicité régionale
•
Sites Internet
Réseau privé de l'OSVG : ovsg.univ-ag.fr
Site de l'université de strasbourg : http://eost.u-strasbg.fr/
Séismes : http://www.seismonde.fr/Definition.html
CDSA : http://www.seismes-antilles.fr/
Site de la Réunion Recherche géophysique et développement : www.stratagem974.com
Définition tsunami : http://fr.wikipedia.org/wiki/Tsunami
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Annexe
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