The structure, morphology, and surface texture of debris avalanche deposits : field and remote sensing mapping and analogue modelling

Les effondrements de flanc déclenchent de larges avalanches de débris et glissements de terrain, provoquant ainsi une modification de la pente du volcan et altérant le paysage. Les différents types de volcans subissent des effondrements de flanc lors de leur développement. Aux Philippines, par exemple, les volcans présentant des brèches sont les cônes, sub-cônes et volcans massifs. Les avalanches de débris affectent les édifices volcaniques et non-volcaniques ; leur étude constitue donc un enjeu primordial pour l’évaluation des risques naturels. Les dépôts d’avalanche de débris (DAD) présentent des structures de surface et internes, des morphologies et des textures pouvant être utilisées pour déterminer le type de transport, les mécanismes de déformation et les vitesses d’emplacement de l’avalanche de débris. Cependant, sur le terrain, les DAD sont souvent vastes et chaotiques, ainsi l’apport de la télédétection complète l’étude de terrain en apportant une vision d’ensemble de l’avalanche. Notre étude s’intéresse à la structure et morphologie des DAD par l’utilisation de modèles analogiques et en contexte naturel via l’étude du Mt Iriga et Guinsaugon aux Philippines et à travers d’autres sites dans le monde (Mt Meager, Canada ; Storegga Slide, Norvège). L’étude de la vitesse de mise en place, de la dynamique et des mécanismes de déformation des avalanches de débris s’est faite via la modélisation analogique. Il apparait ainsi que la formation de “hummocks” est un processus clé dans la structuration des DAD. Les “hummocks” sont des parties massives du volcan arrachées lors de l’avalanche de débris et qui se disloquent au fur et à mesure de son avancée. Cette dislocation des “hummocks” s’effectue via l’apparition de failles normales à fort pendage qui fusionnent avec les zones de cisaillement à faible pendage situées à la base du glissement. Les “hummocks” fournissent des informations sur les conditions de transport et la composition initiale de l’avalanche. Leur géométrie (taille et forme), leur structure interne et leur distribution spatiale sont des indicateurs de la vitesse du développement de l’avalanche. Ils permettent d’interpréter sa dynamique de mise en place. Les expériences analogiques utilisant une rampe courbée montrent le développement de zones d’accumulation et d’épaississement à l’endroit où les matériaux atteignent une surface de dépôt à faible pente. Les expériences avec des rampes rectilignes montrent de plus long glissement. L’extension de ces avalanches est accommodée par des structures en horst et graben ainsi qu’en transtension. Le dépôt consécutif à l’avalanche peut ê remobilisé lors d’effondrements secondaires. L’ensemble de ces expériences montre que la morphologie de la surface de glissement influence les mécanismes de mise en place, l’extension spatiale et la structure de l’avalanche. La cartographie structurale et morphologique acquise par télédétection ainsi que la description de caractéristiques récurrentes sur plusieurs DAD, difficiles d’accès et jusqu’ici non cartographiés (Süphan Dağı (Turkey), Cerro Pular-Pajonales (Argentina), and Tacna (Peru), a permis de préciser les scénarios, les causes et les facteurs de mise en place des DAD. La cartographie des DAD est une étape nécessaire pour retracer les évènements passés et estimer les risques naturels dans une zone spécifique. L’identification et la description des morphologies et structures des DAD devraient permettre la compréhension des mécanismes de mise en place de l’avalanche.Flank collapse generates avalanches and large landslides that significantly change the shape of a volcano and alter the surrounding landscape. Most types of volcanoes experience flank collapse at some point during their development. In the Philippines, for example, the numerous volcanoes with breached edifices belong to the cone, subcone, and massif morphometric classes. Debris avalanches occur frequently on both volcanic and non-volcanic terrains making it an important geologic event to consider for hazard assessment. Debris avalanche deposits (DAD) preserve surface and internal structures, morphology, and texture that can be used to determine transport type, deformation history, causal mechanism, and emplacement kinematics. However, natural DAD are often too vast and chaotic-seeming in the field so that structural and morphological mapping by remote sensing is a good complement to studying them. This study describes and analyses recurrent structural and morphological features of analogue models and natural DAD at Mt Iriga and Guinsaugon (Philippines), and uses several other examples at Mt Meager (Canada), and Storegga Slide (Norway). The study explores the use of analogue models as landslide kinematics, dynamics, and emplacement and causal mechanism indicators. Hummocks are identified as a key structural element of DAD. Hummocks, a major DAD topographic feature, are formed as the mass in motion slides and evolves by progressive spreading and break up. Internally, high angle normal faults dissect hummocks and merge into low angle shear zones at the base of the slide zone. Hummock size distribution is related to lithology, initial position, and avalanche kinematics. Hummocks provide information on the transport conditions and initial composition of the landslide. Their geometry (size and shape), internal structures, and spatial distribution are kinematic indicators for landslides from development until emplacement and provide a framework for interpreting emplacement dynamics. Experiments with curved analogue ramps show the development of an area of accumulation and thickening, where accelerating materials reach a gently sloped depositional surface. Experiments with straight ramps show a longer slides with continued extension by horst and graben structures and transtensional grabens. A thickened mass is found to subsequently remobilise and advance by secondary collapse. This set of experiments show that failure and transport surface morphology can influence the emplacement mechanism, morphology, and avalanche runout. Structural and morphological mapping by remote sensing, and description of recurrent features at the remote and previously unmapped Süphan Dağı (Turkey), Cerro Pular-Pajonales (Argentina), and Tacna (Peru) DAD suggest scenarios, causes, triggering and emplacement mechanisms of these DAD. These are used to explain their avalanche kinematics and dynamics. Mapping DAD is a necessary step for identifying past events and existing hazards in specific areas. Identifying and describing the DAD structures and morphology will help understand the kinematics and dynamics of the emplaced avalanches