ANR STRAP

STRAP est un projet collaboratif transdisciplinaire sur les risques associés aux panaches volcaniques. Les panaches volcaniques sont source de forts risques environnementaux, économiques et sociétaux.

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. Un objectif du programme est de maîtriser pleinement les termes sources d’origine volcanique à introduire dans les modèles atmosphériques pour simuler l’ascension, le transport et la dispersion dans l’atmosphère des cendres et des gaz volcaniques. STRAP 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. La mission de STRAP est d’exploiter les collaborations transdisciplinaires (approche bottom-up et top-down) afin de réduire les incertitudes dans la caractérisation des termes sources. La première tâche a été 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 est d’analyser l’évolution des propriétés physico-chimiques et optiques des panaches et leurs fluctuations locales et régionales. 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 de recherche méso-échelle pour ensuite proposer les paramétrisations les plus pertinentes aux modèles numériques opérationnels utilisés par les VAAC. En terme de recherche, un des objectifs scientifique concerne une meilleure analyse des risques environnementaux et sanitaires pour les populations exposées aux concentrations de gaz et particules des panaches.

Le LACy et l’OSU-R ont coordonné ce programme ANR ainsi que les work-packages 0 et 3.

Deux campagnes d'observation ont été réalisées dans le cadre de cette ANR :

  • la première sur l'ensemble de l'année 2015 sur le Piton de la Fournaise (84 jours d’éruoptions) ;

  • la deuxième a eu lieu mi-2016 sur l'Etna avec quatre vols de mesures ATR muni de l'instrumentation déployée pour la campagne DACCIWA et de quelques mesures in-situ sur les flancs de l'Etna.

La campagne STRAP 2015 sur le Piton de la Fournaise a reposé sur les moyens techniques de l'OPAR/OSU-R (LACy et UMS 3365) et de l'OVPF qui ont été mis à contribution sur alerte volcanique pendant l'ensemble de l'année 2015. P. Tulet (LACy) et A. Di Muro (OVPF/IPGP) ont organisé le dispositif de campagne. Des collaborations avec le CNRM, le LaMP (mesures ULM et à l'observatoire du Maïdo) et avec l'agence de la qualité de l'air ORA, ont été mis en place dès septembre 2014.

Deux éruptions majeures en mai et en août-octobre 2015 ont été documentées par des mesures ULM, lidar, DOAS et in-situ via des prélèvements de lave, des mesures de dioxyde de soufre dans différents secteurs de l'île dont l'observatoire du Maïdo. Des simulations FLEXPART de trajectoires et de diffusion du panache ont été effectuées sur l'ensemble des périodes d'activité du volcan (84 jours). Près de 10000 profils lidar effectués entre le 18 mai et le 19 octobre 2015 sont exploitables. 18 vols par ULM ont été effectués entre le 19 mai et le 18 septembre 2015. Des niveaux très important en SO2, excédant les 500 ppb et atteignant localement les 2 ppm, ont été mesurés à plus de 20 km du cratère par l'ULM. En surface les teneurs en SO2 ont dépassé à plusieurs reprises les 1000 μg.m-3.

Lors des épisodes de panaches volcaniques, le nombre de particules observées est 10 à 20 fois supérieur aux journées classiques mais la nucléation au Maïdo est bloquée par le très grand nombre de particules et il faut très probablement observer ce processus à proximité de la source, à l'évent.

Fin 2017, plusieurs simulations Meso-NH ont débutés sur les cas d'études les plus intéressants de la campagne STRAP. Le cas d'étude du 19 au 22 mai 2015 vise à étudier les zones et les périodes préférentielles de nucléation volcanique (thèse de Brice Foucart). Les premières simulations montrent que le modèle Meso-NH est capable de représenter correctement la dynamique et le transport du panache sur la topographie complexe de l'île de La Réunion, ce qui est un préalable pour comprendre les processus de nucléation de l'acide sulfurique. Parallèlement, un second cas d'étude a débuté en 2018 pour étudier la dispersion et le dépôt des composés volcaniques sur le cas du 29 août au 3 septembre 2015. Un dernier cas d'étude porté par Joris Pianezze (post-doc) concerne l'étude du panache de l'Etna et du Stromboli (campagne 2016). Cette situation bien documentée par 4 vols de l'ATR42 a permis de suivre les panaches de l'Etna et du Stromboli sur plusieurs centaines de kilomètres. L'objectif sera donc d'étudier le vieillissement du panache et son mélange avec la pollution sur la Méditerranée et les sels marins.

Principales publications

  • Tulet, P., Di Muro, A., Colomb, A., Denjean, C., Duflot, V., Arellano, S., Foucart, B., Brioude, J., Sellegri, K., Peltier, A., Aiuppa, A., Barthe, C., Bhugwant, C., Bielli, S., Boissier, P., Boudoire, G., Bourrianne, T., Brunet, C., Burnet, F., Cammas, J.-P., Gabarrot, F., Galle, B., Giudice, G., Guadagno, C., Jeamblu, F., Kowalski, P., Leclair de Bellevue, J., Marquestaut, N., Mékies, D., Metzger, J.-M., Pianezze, J., Portafaix, T., Sciare, J., Tournigand, A., and Villeneuve, N. : First results of the Piton de la Fournaise STRAP 2015 experiment: multidisciplinary tracking of a volcanic gas and aerosol plume, Atmos. Chem. Phys., 17, 5355-5378, 2017.

  • Durand, J., Tulet P., Leriche M., Bielli S., Villeneuve N., DiMuro A. and Fillipi J.-B. : Modeling the lava heat flux during severe effusive volcanic eruption : an important impact on surface air quality. J. Geophys. Res., 119, 20,11729-11742, 2014.



En haut ; évolution du SO2 (ppb) et du nombre de particules (cm-3) d'aérosols mesurés par l'ULM le 1er septembre (à gauche) et le 2 septembre (à droite) 2015. En bas, altitude de l'avion (en m) et distribution en taille des aérosols (dN/dlogDp en cm-3 en couleur en fonction du diamètre en µm). Au-dessus de la couche limite les aérosols observés sont inférieurs à 0.5 µm. On observe une très bonne corrélation entre les pics de SO2 et le nombre d'aérosols (mesuré par CPC) majoritairement formés par nucléation (dont la majorité sont trop petits pour être discriminés en taille par l'OPC de l'ULM).