Numerical modelling of flank displacements at Etna (Sicily, Italy) revealed by InSAR interferometry
Modélisation numérique des mouvements de flanc de l'Etna (Sicile, Italie) mis en évidence par interférométrie radar
Résumé
Recent interferometric studies have evidenced large scale motions affecting the southern and southeastern flank of Mount Etna. These studies are based on ascending interferograms and few ERS scenes. In our study, we analyse more than 600 hundreds SAR interferograms for both ascending and descending satellites passes, recorded between September 1992 and August 2000. Our study reveals that, since March 1996, displacements along several faults located on the eastern and southeastern flank of the edifice have occurred. Displacement rates slowly decreased and motions stopped in august 1998. Assuming that both ascending and descending interferograms are insensitive to the northward component of displacements, we computed vertical and eastward components of displacements. This shows that the Mascalucia-Trecastagni-Tremestieri (MTT) and the Ragalna faults were undergoing horizontal displacement, consistent with a displacement of the eastern flank of the volcano to the east, and that the anticlinal ridge at the southern base of the volcano was being uplifted. Moreover, our study reveals that some segments of the faults were active between January 1999 and November 2000. In both case, the onset of displacements was synchronous with explosive volcanic events in the summit area, showing a link between creep along the faults and volcanic activity. Previously proposed geodynamical models differ mainly on the location of the southern and southwestern boundary of the mobile sector. The proposed boundaries are located in the area where displacements have been evidenced by interferometry. We use a 3D mixed boundary elements method in order to constrain the southern and horizontal boundaries of the eastern and southern sector, as well as the stress field responsible for the observed motions. The measured displacements are consistent with the activation of 2 different decollements, and a stress field varying with depth. The uplift along the anticlinal ridge south of the volcano is consistent with the N-S regional compression acting on a north dipping decollement with a depth varying from 2.5 km to 5 km below sea level. This decollement could be inherited from the Maghrebo-Appenine Chain. The ESE sliding of the Eastern flank is related with a shallower decollement limited by the Pernicana-Provenzana fault to the North and by the MTT faults to the south. This decollement is located in the sedimentary basement a few hundred meters below sea level. The driving force of the eastward instability could be gravitational forces and a regional E-W extension. We have also determined that the magmatic forces related with magma injection in the rift zones are not the driving forces for the eastern flank. Nevertheless, displacements created by magmatic forces are consistent with displacements observed on the western flank of the volcano and it is likely that magmatic forces provided the trigger to flank displacements to the east and southeast.
A l'Etna, des études géodésiques récentes, notamment en interférométrie radar, ont mis en évidence des mouvements de grandes échelles affectant les flancs de ce volcan. Ces études s'appuient sur des bases de données ne comprenant que des interférogrammes en orbites ascendantes ou seulement quelques scènes ERS. Nous avons complété la base de données existante et analysé ensuite plus de 600 interférogrammes pour des orbites ascendantes et descendantes. La nouvelle base de données couvre une période de près de 8 ans entre septembre 1992 et août 2000. Notre étude a révélé que les déplacements des flancs Sud et Sud-Est de l'Etna apparaissent en mars 1996. Ils s'amortissent lentement et disparaissent en août 1998. L'utilisation des données interférométriques ERS acquises en orbites ascendantes et descendantes, peu sensibles à la composante Nord-Sud du mouvement, nous a permis de calculer les déplacements Est-Ouest et verticaux affectant le flanc Sud-Est de l'Etna pendant cette période. Le long des failles de Mascalucia-Trecastagni-Tremestieri (MTT) et de Ragalna, les déplacements normaux et dextres sont essentiellement horizontaux avec une faible composante normale. Au niveau d'une ride anticlinale à la base du flanc Sud de l'édifice, les déplacements sont essentiellement verticaux et correspondent à un soulèvement de cette ride. Nous avons également pu mettre en évidence que certaines portions de ces structures ont été actives avec des taux beaucoup plus faibles entre janvier 1999 et novembre 2000. Dans les deux cas, l'apparition de ces mouvements coïncide avec des évènements éruptifs explosifs dans la zone sommitale indiquant un lien entre le fluage le long des structures des flancs Sud et Sud-Est et l'activité volcanique. La zone d'activité de ces structures représente une zone clé de la compréhension de la géodynamique de l'Etna puisque c'est la région où les modèles proposés dans la littérature diffèrent. Aussi, nous avons mené une étude en modélisation numérique afin d'expliquer des déplacements observés et proposer un modèle d'évolution géodynamique de l'Etna. Notre étude a montré que le champ de déplacements était compatible avec un champ de contraintes variable avec la profondeur et la présence de deux plans de glissements sous l'édifice. Un premier plan de glissement profond, situé sous le flanc Sud et soumis à une compression régionale orientée N 170°, explique le soulèvement le long de la ride anticlinale. Un deuxième plan de glissement limité au Nord par la faille de Pernicana-Provenzana, à l'Ouest par les rifts zones et au Sud par les failles de MTT, guidé vers la mer ionienne par les contraintes gravitaires et une extension régionale orientée N 95° serait à l'origine des déplacements du flanc Est. Notre étude a également établi que des injections magmatiques au niveau des rifts zones n'étaient pas le moteur des glissements. Nous proposons, par contre, pour expliquer le lien entre les déplacements et les évènements éruptifs que les contraintes magmatiques sont le déclencheur des mouvements de flanc.