INTRODUCTION

Ces cinquante dernières années, le monde a été confronté aux plusieurs catastrophes naturelles telles que les inondations, érosions, glissements de terrain, secouant au passage différentes régions du globe. Cependant grâce à l’avancement technologique et de la science, l’homme arrive à maitriser bon nombre de ces catastrophes, par contre d’autres catastrophes telles que les tremblements de terre (séismes) et les éruptions volcaniques sont jusqu’à présent non maitrisé (Mukambila et Kasereka, 1997).

Dans la branche occidentale du graben Est Africain, la région des Virunga au Nord du lac Kivu est partagé par trois pays Africains (République Démocratique du Congo: RDC, le Rwanda et l’Ouganda). Cette région des Virunga (Figure 1) est volcaniquement et sismiquement active et la sismicité témoigne en soit l’activité principale des magmas avec une fréquence d’une éruption chaque 2 ans pour le volcan Nyamulagira. A côté du Nyamulagira, se trouve son voisin direct à quelques 13 Km, le Nyiragongo (à 15 Km de la ville de Goma), connu pour ses grandes éruptions de 1977 et de 2002 et son lac de lave permanent. Les éruptions dans cette partie sont souvent fissurales, sauf celle de 1938 qui fût sommitale. La structure géologique et les fréquences d’éruptions et activités séismiques dans et autour de cette région font qu’elle soit très hétérogènes. L’activité séismique dans cette région est principalement caractérisée par des séismes volcano – tectoniques (type A) et de longue période (LP) (Wafula et Bagalwa, 1999 ; et Mavonga et al., 2010).

La sismicité volcanique est essentiellement due à la dynamique du magma et autres fluides dans le volcan, et aussi à la fracturation des roches dans cet édifice. Ce travail donc s’intéresse à cette activité sismique associée aux éruptions et agitation volcaniques des volcans Nyamulagira et Nyiragongo dans la région des Virunga. Ces activités sismiques sont enregistrées les plus souvent aux alentours des édifices volcaniques par les stations sismiques.

La sismologie est un outil important et effectif pour le monitoring et la prévision des éruptions volcaniques (McNutt, 1996). Il est évident que la sismicité enregistrée sur plusieurs années est importante pour établir le point de départ pour évaluer les possibles précurseurs et établir les paramètres de monitoring aux volcans (Shimozuru et Kagiyima , 1989 ; et McNutt,

1996). Les paramètres sismiques pour observer l’activité volcanique peuvent être la dominance des hautes fréquences et l’augmentation du nombre des chocs, la variation de la profondeur des séismes, la variation de la valeur de b de la relation de Gutemberg et Richter (1954), l’apaisement de fois observé, l’apparition des essaims sismiques, la croissance tendancielle du rapport des amplitudes des composantes verticale et horizontales  des signaux sismiques et l’apparition des tremors, variation de l’atténuation de la coda sismique (Shimozuru et Kagiyima

, 1989 ; Gasparini et al., 1992 ; McNutt, 1996 ; Fiama et al., 2017 ; Zobin, 2012 ; et Wafula, 2011).

D’après McNutt (1996), les séismes volcaniques se produisent sous forme d’essaim, leur magnitude est souvent inférieur à 5 ; ils ont souvent la même forme d’onde, leur valeur de b est toujours élevée, leur croissance en nombre est observée avant les éruptions, et se localisent sous les volcans et proche des sites éruptifs. Medina et al. (1992) ont observé que l’apparition d’essaims associée à l’éruption du El Chichon au Mexique en 1982 fut précédée par une énergie de 10¹⁹ ergs et une incrémentation dans l’énergie sismique entre 6 - 7. La profondeur de la majorité des évènements sismiques avant cette éruption a été entre intermédiaire et superficiels (entre 2 et 8 km). Et 48 heures avant cette éruption les séismes ont été de faible profondeur et leur localisation après cette même éruption a caractérisé probablement le réservoir magmatique de ce volcan. 

Fiama et al., (2017) ont utilisé le paramètre coda des ondes sismiques pour identifier la structure sous les stations et la dynamique magmatique dans la région des Virunga. Ils démontrent la présence magmatique sous les stations sismiques par les fortes atténuations et caractérisent l’arrivée de l’éruption volcanique du Nyamulagira deux mois avant et de manière imminente deux jours avant. D’autre part, au Cameroun, Ambeh et al. (1992) identifient des zones d’activités crustale et sub - crustale entre la surface et 55 Km ; ceci serait probablement due à la présence des zones de faiblesse dont les contraintes régionales y étant concentrées et pouvant céder facilement par rapport aux zones qui les entourent. 

La sismologie permet, en utilisant des méthodes conventionnelles et non conventionnelles, de comprendre la structure et les processus dynamique à l’intérieur du volcan. Aki (1992) démontre que les processus des séismes volcaniques à la source sont plus compliquées que les séismes tectoniques usuels parce qu’ils sont à l’origine d’autres processus dynamiques tels que le gaz et les fluides magmatiques. Il s’avère que la tomographique par des séismes locaux peut permettre de connaitre la structure interne du volcan en 2D ou 3D par la détermination des vitesses des ondes de volume P et S (Exemple de Thurber, 1984; Thurber et Aki, 1987) ou par les anomalies sismiques (Wyss et al., 2001) en utilisant la valeur de b de la relation de Gutenberg et Richter.

Dans le cas de notre étude, nous allons prendre en compte la quantité d’énergie, la variation de la profondeur des séismes, la magnitude et surtout le nombre des chocs enregistrés par les stations sismiques autour du volcan pour comprendre l’évolution temporelle et spatiale du magma dans les Virunga.

1. Problématique

Dans la surveillance du volcan, nous avons besoin de connaitre certains paramètres qui nous aiderons à faire le monitoring du volcan (Déformation, Géochimie, Géothermie, Sismicité, Résistivité électrique). Par contre pour notre cas, la sismicité de la région de Virunga n’est pas bien connu pour nous permettre de bien comprendre les activités sismo-volcaniques dans cette région. Car, il y a trop peu de documents pouvant nous renseigner sur la sismicité volcanique dans cette région dont le contenu pourrait conduire à la caractérisation de l’activité volcanique et amener à la prévision des éruptions. Cependant, Wafula (1992) démontre que le monitoring de l’activité volcanique devient indispensable pour la prévention des risques autour des volcans Nyamulagira et Nyiragongo à cause de la proximité de la ville de Goma (environ 10 à 15 Km du champ volcanique) et aussi à cause de la fluidité de la lave du volcan Nyiragongo. Plusieurs auteurs ont traité la sismicité de la région des Virunga (Wafula et al., 1990 : éruption de 1989 ; Lukaya et al., 1992 : la variation de la valeur de b tel que b = m-1 ; Kasahara et al., 1992 : éruption de 1991 ; Wafula et al ., 1999 : observation des essaims et identification du réservoir magmatique ; Mavonga et al., 2006 : éruption de 2004 ; Fiama et al., 2014 : éruptions des volcans Nyamulagira 2011 ; mais sans beaucoup tenir compte de la qualité de la localisation des séismes, identification des points critiques et ont étudié les phénomènes seulement pour des cas spécifiques. C’est ce qui nous amène à élargir la période d’investigation et faire la relocalisation des événements et introduire d’autres faits pour une bonne compréhension de la sismicité de la région des Virunga.  

Questions de recherche : Est-ce que les activités sismo - tectoniques ont un impact sur l’activité volcanique du Virunga? Est-ce que cette sismicité du Virunga nous aidera-t-elle à comprendre les activités volcaniques de cette région?

1. Hypothèses

Les éruptions volcaniques sont souvent précédées des activités sismiques parfois très

remarquables. L’étude de ces activités permettrait de bien cernés les éléments qui ont conduits au déclenchement et à la compréhension de la structure des volcans Nyiragongo et Nyamulagira. 

1. Objectifs

L’ultime but des volcano - sismologues est de prédire les éruptions volcaniques et caractériser la dynamique des fluides volcaniques par des observations sismologiques (Aki, 1992). 

En effet, L’objectif global de ce présent travail est de comprendre les activités volcaniques par la sismicité et afin de relever les précurseurs sismiques et déterminer la structure dynamique du volcan. Cependant pour arriver à réaliser le travail souhaité, nous devons :

 discerner les éléments sismiques associés à l’activité volcaniques  localiser la chambre magmatique à partir des données sismiques 

1. Intérêt et choix du sujet

Le thème de la sismologie volcanique n’est pas seulement le plus beau et spectaculaire, mais aussi le plus difficile à étudier de tous les sujet que les séismologues ont rencontrés sur terre (Zobin, 2012). Ceci par ce que les sources sismiques volcanologiques impliquent le mouvement dynamique de gaz, des fluides et des corps solides; et la propagation des traits d’ondes extrêmement hétérogènes, anisotropes et diffuses (Aki, 1992).

Le but principale de la sismologie - volcanique est de prédire les éruptions volcaniques et caractériser les propriétés dynamiques des fluides volcaniques et de la structure des volcans

(Aki, 1992 ; Wyss et al., 2001), mais aussi arriver à gérer les risques d’origine volcanologique afin de minimiser les pertes en vies humaines (Wafula, 2011). Cependant, cette étude faites dans la région volcanique des Virunga va contribuer à comprendre l’évolution de l’activité des volcans et à travers les marqueurs sismiques énoncés afin d’arriver à identifier les éléments sismiques précurseurs aux éruptions et caractéristiques de la structure interne des volcans Nyamulagira et Nyiragongo. Ces éléments peuvent être la variation du nombre des séismes au court du temps ou à moyen terme, la variation de l’énergie sismique, la variation de la profondeur des séismes sous le massif volcanique, la valeur de b, ….. Ces éléments cités peuvent nous permettre à caractériser l’activité volcanique en période de crise ou non et identifier le réservoir magmatique.

 En fait, Iyer (1992) démontre que la sismicité d’une région volcanique est capable de déterminer la chambre magmatique du volcan. Il clarifie que le mapping sismique permet de fournir l’information sur la localisation et la taille de la chambre magmatique sous le volcan. Il ressort aussi, donc que la migration de la profondeur des événements volcano – sismiques est importante pour la connaissance de la dynamique du magma dans le volcan (Nishimura et Iguchi, 2011), ce qui peut être dû à l’intrusion magmatique. Il est clair que la sismicité manifestée par la variation du nombre de chocs augmente avant une éruption volcanique (McNutt, 2002). Cette variation est aussi causée par l’intrusion magmatique ou encore l’agitation volcanique. D’autre part Nishimura et Iguchi (2011) ont conclus que les séismes tectoniques (M>4.9) se produisant dans les zones proches des champs volcaniques au Japon pourraient avoir une influence sur les occurrences des éruptions volcaniques dans ce pays. Le mécanisme peut être de compression ou de dilatation.

1. Subdivision du travail

Hormis l’introduction et la conclusion, ce travail est subdivisé en 4 chapitre dont :

• le chapitre premier intitulé Région des Virunga et sa sismicité présente notre région d’étude et constitue le revue de littérature pour ce travail ;
• Le chapitre deuxième, Matériels et méthodes, décrit tous les matériels utilisés et toutes les méthodes appliquées pour obtenir ou arriver aux résultats ;
• Le troisième chapitre quant à lui présente les résultats et toutes les interprétations possibles pour ces résultats ;
• Et enfin le dernier chapitre essaye des corréler dans une discussion les observations des auteurs qui ont travaillé dans les régions similaires de notre zone d’étude  et nos résultats obtenus.