Synergie Transdisciplinaire pour Répondre aux Aléas liées au Panaches volcaniques – STRAP

STRAP est un projet collaboratif transdisciplinaire sur les risques associés aux panaches volcaniques. Il implique quatre “Observatoires des Sciences de l’Univers INSU-CNRS” (OSU-R, OPGC, IPGP et OMP). Les panaches volcaniques sont d’autant plus source de forts risques environnementaux, économiques et sociétaux que notre manque de connaissances sur leur physique et sur leur évolution rend difficile toute prévision les concernant. Améliorer notre capacité de modéliser la genèse, la dispersion et l’impact d’un panache volcanique est donc un défi pour les scientifiques et une donnée majeure pour les décideurs. L’atténuation de ce risque volcanique repose sur des communications et des interactions efficaces entre acteurs scientifiques clés (géologie, physique, chimie et télédétection instrumentale). Le but final est de maîtriser pleinement les termes sources d’origine volcanique (physique et chimie) à introduire dans les modèles atmosphériques pour simuler l’ascension, le transport et la dispersion dans l’atmosphère des cendres et des gaz volcaniques. Ce projet vise à déployer une approche intégrée pour étudier, analyser et simuler les processus de formation et de vieillissement des panaches volcaniques pendant leur transport, depuis leur source jusqu’aux régions de dispersement. L’objectif scientifique principal est de réduire les incertitudes dans la caractérisation des termes sources, i.e. le débit massique et la composition du mélange gaz-particules issu des bouches éruptives. Ces termes sont à relier à des paramètres atmosphériques pour tenir compte ensuite des effets radiatifs directs et indirects du mélange gaz-particules dans l’atmosphère. Une première tâche sera de construire un schéma numérique de la convection volcanique pour un modèle météorologique, en se basant sur trois actions : études de terrain des dépôts de matériaux pyroclastiques, études des panaches volcaniques diffus, et à mélanges gaz-particules denses. La seconde tâche sera d’analyser l’évolution des propriétés physico-chimiques et optiques des panaches et leurs fluctuations locales et régionales. Ce travail nécessite d’analyser les processus qui gouvernent la distribution selon trois phases du mélange entre gaz, particules et l’eau d’origine volcanique et atmosphérique. Les très fortes variabilités de concentrations entre les sources et les régions de dispersement, ainsi que la compétition entre mécanismes (nucléation homogène et hétérogène, condensation, coagulation, et activation) seront considérés. La tâche finale sera de combiner les deux précédentes en tenant compte précisément d’autres sources externes complexes (e.g. les sources de chaleur et la convection atmosphérique forcée par l’écoulement des laves sous un panache). Le but principal est d’intégrer tous ces processus dans un modèle météorologique. Un des livrables de cet objectif final concerne une meilleure analyse des risques environnementaux et sanitaires pour les populations exposées aux concentrations de gaz et particules des panaches. Le volcan italien Etna (ou le Stromboli), ainsi que le Piton de la Fournaise (La Réunion) seront utilisés pour le déploiement d’une instrumentation innovante. Le volcan Kilauea (Hawaii) pourra être utilisé en remplacement du volcan réunionnais en se basant sur les collaborations établies avec le Hawaiian Volcano Observatory. Ces bancs d’essais fourniront des jeux de données bien documentés pour la modélisation. Sur le terrain, la stratégie sera d’implanter les systèmes d’observations près des bouches éruptives (thermodynamique et mélange gaz-particules) et autour des panaches convectifs (concentrations gazeuses, distributions de tailles de particules, propriétés optiques nuageuses, propriétés des noyaux de condensations, et chimie des aérosols). La modélisation reposera à l’échelle locale sur un modèle vertical 1-D pour la propagation et l’entrainement du panache convectif, puis à l’échelle régionale sur un modèle atmosphérique 3-D non-hydrostatique.