CE01 - Milieux et biodiversité : Terre fluide et solide

Halogènes volcaniques : de la Terre profonde aux impacts atmosphériques – VOLC-HAL-CLIM

Résumé de soumission

Les volcans libèrent de grandes quantités de gaz et de particules dans l'atmosphère. Alors que les impacts du soufre volcanique ont été étudiés intensivement, il est maintenant clair que les halogènes volcaniques peuvent aussi avoir un impact sur l'atmosphère. On sait déjà que les halogènes volcaniques subissent une chimie multiphasique conduisant à de la destruction d'ozone dans la troposphère. De nouvelles analyses d'observations indiquent que des éruptions modérées récentes ont injecté des quantités significatives d'halogènes dans la stratosphère. Dans le cas d'une grande éruption riche en halogènes, cela pourrait entraîner un important appauvrissement d’'ozone stratosphérique et des effets climatiques. Il semble qu'une évaluation complète des impacts de l'activité volcanique sur l'atmosphère et le climat ne devrait pas se limiter au soufre, mais inclure également les halogènes.

Pour quantifier les impacts des halogènes volcaniques, il faut retracer leur cycle de la sous-surface profonde à la surface, conduisant à leurs émissions dans l'atmosphère, et caractériser leurs transformations physico-chimiques atmosphériques. Cependant, il reste de grandes incertitudes sur les processus clés. En combinant nos expertises et des outils novateurs, le projet s'attaquera aux questions sur le devenir et impacts des halogènes volcaniques. L'accent est mis sur le brome (à côté de l'iode et du chlore), qui a été peu étudié jusqu'à présent, mais qui peut jouer un rôle potentiellement important dans les perturbations volcaniques.

Le projet consiste en 5 tâches réparties sur deux activités.
L’activité 1 concerne le cycle profond des halogènes et leurs émissions. Nous effectuerons des expériences à haute pression et à haute température pour caractériser le comportement des halogènes (solubilité, séparation fluide-fusion) en profondeur et dans le réservoir crustal peu profond. En développant des modèles de dégazage basés sur ces données expérimentales, ainsi que sur des mesures de composition des inclusions de fusion, nous quantifierons le transfert d'halogène de la zone de subduction jusqu'à la croûte et finalement jusqu'à la surface. Les émissions volcaniques modélisées seront évaluées par rapport aux observations d'halogènes près des sources volcaniques, en tenant compte de leurs transformations à l'intérieur du cratère et sur le flanc du volcan. Il s'agira d'une entrée essentielle aux études atmosphériques (WP2).

WP2 traite de l'impact des halogènes volcaniques sur la composition atmosphérique, notamment la couche d’ozone, et le climat. Nous développerons un système de modélisation imbriqué multi-échelle qui couvrira les échelles et les phases pertinentes du cycle atmosphérique des émissions volcaniques : de la chimie très locale à haute température dans le cratère à la dispersion des panaches réactifs à l'échelle locale/régionale et enfin à la dispersion globale dans la troposphère et la stratosphère. Nous simulerons la chimie des panaches, provenant d'émissions continues ou de petites éruptions récentes, afin d'évaluer les impacts locaux/régionaux et globaux. Les simulations seront évaluées par rapport aux observations sur le terrain et par satellite, notamment sur des études de cas sélectionnés, e.g. les volcans Ambrym (une source énorme d’halogènes) ou Etna. La réponse climatique modélisée sera également comparée aux ré-analyses météorologiques. L'étude des processus et l'analyse des simulations de sensibilité permettra de démêler les différents mécanismes, et d'évaluer les rôles respectifs des halogènes et du soufre, y compris les effets synergiques. Ce projet plutôt exploratoire résultera sur des avancées importantes, sur une modélisation améliorée du dégazage volcanique et sur un système de modélisation atmosphérique multi-échelle validé avec des observations. Tous ces éléments sont nécessaires si l'on veut tenir compte des halogènes volcaniques dans l'évaluation de l'impact de l'activité volcanique sur l'atmosphère et le climat

Coordinateur du projet

Madame Tjarda Roberts (Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'Espace)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ISTO Institut des sciences de la Terre d'Orléans
IMPMC Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie
MPIC Max Planck Institute for Chimie, Mainz
CNRM/CNRS Centre national de recherches météorologiques
LATMOS Laboratoire "Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales"
LPC2E Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'Espace

Aide de l'ANR 561 448 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2019 - 48 Mois

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