Coastal dynamics evolution and decreasing cliff retreat of recently inactive lava deltas of Pu‘u ‘Ō‘ō-Kūpaianaha eruptions (Kīlauea volcano, Hawai‘i)

Numerous lava flows of the Kīlauea volcano have reached the southern coast of the Big Island of Hawai‘i since 1986. They built lava deltas composed of a subaerial platform of lava flows and an underlying submarine debris fan, formed by hydrovolcanic explosions and fragmentation of basalt by the waves. Several campaigns of GPS measurements (HVO - USGS and this study) on the 15 km-long coast of the Pu‘u ‘Ō‘ō-Kūpaianaha eruptions show a cliff retreat diminishing with the age of the lava deltas. During the first year after the end of the lava supply, the recession could reach 100 m. Then, erosion decreases rapidly to approach an annual rate of 3 to 8 m during several years. Lowering of the rates can be explain by the fast stabilization of the underlying debris. First, submarine landslides into the debris loose trigger collapses of the delta and a brutal retreat of the cliff of several tens of meters, like previous studies showed it for deltas in activity. Then, the readjustments into the basement only generate a tiny subsidence which has been measured on eight topographic profiles of lava deltas recently inactive. Only their outer margin were sinking of several centimeters to 1,5 m per year because of the slow detachment of the cliff before rock topple or rock slide. Progressively, marine agents and gravity become the single agents of erosion.
De nombreuses coulées des éruptions du Pu‘u ‘Ō‘ō-Kūpaianaha sur le volcan Kīlauea ont atteint les côtes de l'île d'Hawaï entre 1986 et 2002, y formant des deltas de lave. Ces derniers reposent sur un soubassement instable de débris pyroclastiques. Les glissements de terrain affectant ces matériaux et les explosions hydromagmatiques associées entraînent en surface l'effondrement de larges portions du delta lors de sa genèse et durant ses premiers mois d'existence. Les coups de boutoir des vagues fragilisent également la roche fissurée, et participent au recul du trait de côte. L'objectif de l'étude est de mieux appréhender les processus entraînant l'érosion des deltas de lave devenus inactifs grâce à des mesures d'instabilités effectuées sur des deltas récemment privés de leur alimentation en lave. La subsidence mesurée sur les différents profils topographiques est généralement comprise entre 0 et 3 mm/an. Le tassement des sédiments se poursuit donc sous le poids des coulées de lave, mais reste limité. Seule la partie distale s'est affaissée avec certitude de 0,5 à près de 10 cm/an, probablement en raison de mouvements de terrain sous-jacents. En effet, on observe un lent glissement vers la mer de cette partie externe du delta, provoquant l'ouverture de fissures, plus ou moins parallèles au rivage. Ce déplacement est certainement lié au mouvement des pyroclastes sous le delta. Celui-ci pourrait se transformer, par effet cumulatif, en mouvements de masse plus importants dans la partie distale du cône de débris, provoquant en surface l'effondrement du delta, parfois jusqu'à donner lieu à des banquettes. Les panneaux de lave, limités par les fissures, basculent aussi progressivement par décollement, jusqu'à atteindre le point de rupture, sous l'action des glissements sous-jacents, des déferlements, de la détente et de la gravité. L'action marine provoque par ailleurs l'éboulement rapide de la falaise, dans une roche fortement fracturée en raison de la structure de la lave. Pour estimer la vitesse de recul des deltas de lave, des mesures au G.P.S. ont été réalisées en 2002 sur la portion de côte atteinte par les coulées du Pu‘u ‘Ō‘ō et du Kūpaianaha, longue de 15 km. Elles ont été comparées avec les mesures prises entre 1997 et 2001 sur le même secteur par les volcanologues du H.V.O. (Hawaiian Volcano Observatory – U.S.G.S.). Malgré une précision médiocre, le recul a été calculé dans les secteurs les plus érodés. Le taux d'érosion est très élevé la première année d'existence du delta de lave, mais décroissant. Il n'est pas rare que le recul atteigne 100 mètres un an après la fin de l'alimentation en lave. La vitesse d'érosion continue à diminuer nettement jusqu'à la fin de la deuxième année (une dizaine de mètres par an). La décroissance de la vitesse d'érosion ralentie ensuite, le taux restant élevé une dizaine d'années après la mise en place du delta. Passé ce seuil d'environ 10 ans, la vitesse de recul des deltas de lave se tasse, l'âge de la roche ne devenant plus un facteur déterminant. Ce changement s'explique par la stabilisation du delta et un changement dans la nature des processus d'érosion.