Table des Matières

Introduction Générale

Surveillance et recherche en volcanologie • Apport des mesures de déformations • Méthodologie du champ de déformation • Le Merapi : volcan « laboratoire » • Plan de la thèse

1. Études Préliminaires : Choix des Techniques et Sites

1.1. Présentation du Merapi

1.1.1. Contexte tectonique

1.1.2. Histoire et formation du Merapi

Pré-Merapi • Merapi Moyen • Merapi Récent • Merapi Contemporain

1.1.3. Activité et structure du volcan

Construction continue de dômes, destruction et nuées ardentes • Activité actuelle : 1991 à 1997 • Apport des mesures de déformation antérieures • Informations sur la chambre magmatique

1.1.4. Modèle a priori et objectifs de cette étude

Champ proche (sommet) • Champ lointain (édifice) • Objectifs

1.2. Techniques des mesures de déformations

1.2.1. Introduction

1.2.2. Présentation des différentes techniques

Mesures de distance • Mesures angulaires • Mesures altimétriques • Photogrammétrie • Global Positionning System • Système de positionnement DORIS • Interférométrie radar • Mesures d’inclinaisons • Mesures extensométriques • Mesures indirectes des déformations • Paléogéodésie et géomorphologie / Observations visuelles

1.2.3. Classification et synthèse

1.3. Choix des techniques et des sites d’observation

1.3.1. Aspects logistiques

1.3.2. Méthodes de mesure et localisations

Mise en place d’un réseau GPS • Surveillance des fractures sommitales • Mesures d’inclinaison au sommet • Mesures d’inclinaison sur le flanc

1.3.3. Synthèse des techniques et sites choisis pour cette étude

2. Mesures Instrumentales

2.1. Mesures du réseau GPS

2.1.1. Mode statique géodésique

La technique de double différence • Sources d’erreurs

2.1.2. Système de coordonnées géocentriques

2.1.3. Présentation du réseau Merapi

2.1.4. Prise en compte des effets troposphériques : météo locale

2.1.5. Stratégie de mesure

2.1.6. Planning des campagnes et calcul des lignes de base

Campagne 19 - 21 septembre 1993 • Campagne 24 - 26 septembre 1994 • Campagne 26 - 29 septembre 1995 • Campagne 25 octobre - 13 décembre 1996 • Campagne 15 - 26 mars 1997

2.1.7. Synthèse et conclusions sur les mesures GPS

2.2. Mesures extensométriques des fractures sommitales

2.2.1. Stratégie d’installation

2.2.2. Fracture Lava 56

Station TAD Monoa • Station LGIT LEAS n°2

2.2.3. Fracture Lava 57

Station LEAS n°3

2.2.4. Conclusions sur les mesures extensométriques

2.3. Mesures clinométriques

2.3.1. Le pendule Compact Blum

Méthodes d’installation

2.3.2. Stations sommitales

Station TAD sur Lava 57 • Stations LEAS sur Lava 56 (Lilik)

2.3.3. Station Deles - flanc sud-est

Installation • Système d’acquisition • Période de test (station) : 16 septembre - 12 octobre 1995 • Installation des sites 1 et 2 : octobre 1995 • Installation du site 3 : 1er - 5 juillet 1996 • Ensemble des données brutes : analyse de la station

2.3.4. Conclusions sur les mesures clinométriques

3. Traitement et Validation des Données

3.1 Compensation des bases du réseau GPS

3.1.1 Principe de l’ajustement (ou compensation) géodésique

3.1.2 Repère local : projection Universal Transverse Mercator

3.1.3 Positions des points GPS 1993 - 1997

Choix d’un point de référence pour la compensation • Positions 1993 • Positions 1994 • Positions 1995• Positions 1996 • Positions 1997 • Conclusions sur l’ajustement du réseau GPS

3.1.4 Déplacements relatifs

Déplacements 1993 - 1994 • Déplacements 1994 - 1995 • Déplacements 1995 - 1996 • Déplacements 1996 - 1997 • Conclusions sur les déplacements 1993 - 1997

3.2 Traitement des signaux clinométriques de Deles

3.2.1 Effets thermomécaniques

3.2.2 Effets de marée terrestre

3.2.3 Effets de la pluie : corrélations avec les nuées ardentes ?

Fonction de détection automatique d’événements • Première analyse : corrélations avec les nuées ardentes • Deuxième analyse : corrélations avec la pluie et les nuées ardentes • Troisième analyse : corrélation avec la pluie • Discussion et conclusions

3.2.4 Validation des composantes : effets de site

3.3 Intégration des mesures sommitales

3.3.1 Validation des mesures clinométriques et GPS

Fracture Lava 57 • Fracture Lava 56

3.3.2 Validation des mesures extensométriques et GPS

4. Modelisation

4.1 Choix d’un modèle

4.1.1 Bref aperçu des modèles existants

Milieu discontinu • Sources multiples • Topographie tridimensionnelle

4.1.2 La méthode mixte d’éléments frontières (MBEM)

Méthode Directe • Méthode des Discontinuités de Déplacements (DD)

4.1.3 Modèles numériques de terrain

4.2 Modélisation du champ de déformation lointain

4.2.1 Introduction

4.2.2 Article soumis au J. G. R. (décembre 1997)

Introduction • GPS Measurements • High-Precision Tilt Station • 3D Elastic Modelling • Discussion • Conclusion • Appendix: Temperature Correction of Tilt Signals • Tables • Figures

4.3 Modélisation du champ de déformation proche

4.3.1 Introduction

Phénoménologie • Données disponibles

4.3.2 Effets du poids du dôme : 1993 - 1994

4.3.3 Pression et frottement vertical dans le conduit : 1993 - 1997

Maillage de la topographie, du conduit et des fractures • Calcul avec une structure sans fracture • Calcul avec fracture Gendol • Calcul avec deux fractures : Gendol et Lava 56 • Calcul avec 20% Gendol et Lava 56 • Calcul avec trois fractures : Gendol, 30% Lava 56 et Dome 1 • Inversion des paramètres P et t à partir des mesures GPS

4.3.4 Conclusions sur la modélisation au sommet

5. Discussion

5.1 Phénomènes profonds

5.1.1 Vitesse et flux de masse du magma

5.1.2 Estimation du volume des avalanches

Volume des dépôts • Relation dôme / avalanches

5.2 Phénomènes superficiels

5.2.1 Variations de pression dans le conduit

5.2.2 Cisaillement vertical et séismes multiphases

Conclusion Générale

Mesures instrumentales • Traitement des données • Validation • intégration des données • Modélisation • Structures et comportement mécanique du Merapi • ...et de quelques paramètres magmatiques • Perspectives

Annexe A. Matériels et Logiciels

A.1. Inclinomètres type Compact Blum

A.1.1. Caractéristiques techniques

A.1.2. Calibration en laboratoire

A.2. Le système d’acquisition µDAS

A.2.1. Principe

Le comptage, intégrale définie • Le comptage, filtre numérique • Dépassement de capacité des compteurs

A.2.2. Caractéristiques techniques

Mesure de la précision • Remarques importantes

A.2.3. Le programme d’exploitation MDAS v2.0

A.3. Logiciel µDAS Grapher v1.7

Annexe B. Fiches Techniques

B.1. Stratégie de mesure du réseau GPS Merapi

B.1.1. Matériel nécessaire

B.1.2. Planning

B.1.3. Installation de l’antenne sur le point

Cas particulier des points PUS0 et SEL0

B.1.4. Début d’une session d’enregistrement sur le récepteur NR101

B.1.5. Pendant la session : mesures météo et paramètres GPS

Paramètres du récepteur NR101 • Utilisation de l’altimètre ALPIN-EL • Utilisation du thermohygromètre HANNA HI93640

B.1.6. Fin de session

B.1.7. Transfert des données

B.1.8. Traitement des données

Synthèse de la mission de terrain • GPSWin v2.0 • Programme d’ajustement AG3D

B.1.9. Fiche de terrain d’une session GPS

B.2. Exploitation des stations µDAS

B.2.1. Le PC « Palmtop » HP200LX

B.2.2. Procédure d’exploitation des stations

Nomenclature • Préparatifs • Récupération des données sur le terrain • Transfert des données au laboratoire

B.3. Station clinométrique de Deles

Configuration de la station définitive • Station MDA • Station MDB • Calibration des convertisseurs tension-fréquence • Agenda des interventions principales

B.4. Station extenso-clinométrique de Lilik

Caractéristiques et connexions • Procédure d’exploitation LEAS à Babadan • Agenda des interventions principales

B.5. Réseau complet de mesure des déformations au Merapi

Annexes C. Missions de Terrain

Poste de CSN : décembre 1992 à mai 1994 • Mission 2-29 septembre • Mission 28 août - 4 novembre 1995 • Mission 25 juin - 30 juillet 1996 • Mission 18 octobre - 12 novembre 1996 • Mission 10 mars - 1er avril 1997 • Mission 2 - 26 décembre 1997

Références

Cartographie et MNT • Logiciels et utilitaires • Bibliographie