Le comportement inattendu des nuages de cendres volcaniques révélé
Publié par Isabelle le 06/02/2019 à 14:00
Source: CNRS-INSU
Les nuages de cendres volcaniques sont générés lors d'éruptions explosives très violentes. Ils sont un danger majeur pour l'homme, ayant des conséquences socio-économiques importantes, comme lors de l'éruption de Eyjafjallajökull en 2010. Une équipe internationale menée par le Laboratoire magmas et volcans (LMV/OPGC, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Clermont Auvergne/CNRS/IRD), et incluant le Laboratoire de mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les...) Blaise Pascal (Blaise Pascal (19 juin 1623, Clermont (Auvergne) - 19 août 1662, Paris) est un mathématicien et physicien, philosophe, moraliste et théologien français.) (LMBP, Université Clermont Auvergne/CNRS) et Météo France (VAAC-Toulouse), vient de démontrer que les éruptions les plus intenses sont les moins efficaces à transporter les cendres dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Cela implique que leur concentration dans les nuages volcaniques peut être jusqu'à 50 fois inférieure aux prévisions actuelles.


Schéma illustrant les mécanismes de sédimentation et de transport des cendres volcaniques pour différents styles éruptifs. En particulier, les éruptions de type "Plinienne" qui sont les plus intenses, ont un contenu en cendres fines très riche. Cela induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en...) des mécanismes collectifs de sédimentation, ce qui accélère la chute des particules. ©Mathieu Gouhier

Les nuages de cendres volcaniques sont des phénomènes plutôt fréquents, générés lors d'éruptions explosives extrêmement violentes. Composés principalement de fines particules (<100µm), les nuages de cendres peuvent être transportés dans l'atmosphère sur plusieurs milliers de kilomètres. Cela peut avoir des conséquences socio-économiques importantes, comme lors de l'éruption du volcan Eyjafjallajökull (Islande) en 2010, qui avait provoqué une interruption sans précédent de l'espace aérien et engendré des milliards d'euros de pertes. Les conséquences peuvent même être dramatiques si les avions de lignes viennent à croiser ces nuages de cendres. Par ailleurs, les retombées de cendres sur le sol représentent un danger majeur pour les populations vivant à proximité du volcan (effondrement des toitures, pollution des réseaux d'eau et d'assainissement, inhalation des particules fines).

Compte tenu de l'accroissement conjoint de la population mondiale (La population mondiale désigne le nombre d'êtres humains vivant sur Terre à un instant donné. Elle est estimée à 6,793 milliards au 1er janvier 2010,...) et du trafic aérien, mieux comprendre le comportement de ces nuages de cendres est désormais un enjeu majeur de la volcanologie moderne.

Pourtant, les processus de sédimentation (c.à.d. la chute des cendres) et de transport qui contrôlent la proportion de cendres fines (ε) dans ces nuages sont encore très mal compris. Jusqu'à présent, on estimait au sein de la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) que la proportion de cendres fines dans ces nuages représentait environ 5% de la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) totale de tephras (c.à.d. fragments de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de...) éjectés), et ne variait pas d'une éruption à l'autre. En conséquence, au cours des deux dernières décennies, les agences météorologiques opérationnelles (VAAC) ont utilisé cette valeur par défaut en entrée des modèles de prévision de la concentration des nuages de cendres lors des crises volcaniques.

Cependant, nous montrons ici à partir d'une étude inédite combinant données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) de terrain et satellite (Satellite peut faire référence à :), que la proportion de cendres fines (ε) injectée dans l'atmosphère est en fait extrêmement variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques,...) et comprise entre 0.1% et 6.9%, couvrant ainsi presque deux ordres de grandeur. Cette variation de ε n'est pas aléatoire, elle est inversement proportionnelle au flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est...) de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) de tephras éjecté à l'évent (voir fig.1). En effet, de manière inattendue, nous démontrons que les éruptions les plus intenses (c.à.d. éruptions pliniennes) sont en fait les moins efficaces (avec ε = 0,1%) à transporter les cendres fines dans l'atmosphère. Nous expliquons ce résultat par l'existence d'une sédimentation dite "collective" des particules dans les nuages riches en cendres, ce qui a pour effet d'accélérer la chute des cendres fines, diminuant ainsi la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un...) en cendres résiduelle au sein du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de...).

Cela implique que la quantité de cendres fines transportées dans l'atmosphère peut être jusqu'à 50 fois inférieure aux prévisions actuelles. Cela a des conséquences majeures pour les décideurs en charge de la sécurité du trafic aérien. Au sol en revanche, les retombées de cendres fines peuvent être beaucoup plus importantes que ce que prédisent actuellement les modèles de dépôt. Cela peut avoir des conséquences dramatiques dans l'évaluation des risques associés aux populations vivant à proximités des zones volcaniques.


Référence publication:
Gouhier, M., Eychenne, J., Azzaoui, N., Guillin, A., Deslandes, M., Poret, M., Costa, A., Husson, P., (2019). Low efficiency of large volcanic eruptions in transporting very fine ash into the atmosphere. Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-019-38595-7

Contact chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de...):
Mathieu Gouhier, LMV
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