Savoir où finiront les cendres volcaniques

Publié par Redbran le 05/03/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
Une équipe de l'UNIGE a étudié les cendres des éruptions volcaniques et a découvert deux effets de sédimentation des cendres qui permettront d'améliorer notre capacité à prévoir le danger posé par les nuages de cendres volcaniques.


Panache volcanique associé à l'éruption du volcan Eyjafjallajökull (Islande) en avril-mai 2010 et image au microscope électronique (Un microscope électronique est un type de microscope qui utilise un faisceau de particules...) à balayage d'un agrégat de cendres constitué de particules volcaniques micrométriques recueillies sur un papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres...) adhésif lors des retombées.
© UNIGE, Costanza Bonadonna

Lorsque le volcan Eyjafjallajökull en Islande (L’Islande, (en islandais Ísland, littéralement « terre de...) est entré en éruption en avril 2010, le trafic aérien a été interrompu pendant six jours, puis perturbé jusqu'en mai. Jusque-là, les modèles des neuf Volcanic Ash Advisory Centres (VAAC) repartis dans le monde (Le mot monde peut désigner :), qui visent à prédire quand le nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) de cendres interfère avec les routes aériennes, étaient basés sur le suivi des nuages dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). À la suite de cette catastrophe (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la...) économique pour les compagnies aériennes, des seuils de concentration de cendres ont été introduits en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) et utilisés par l'industrie aérienne lors de la prise de décisions sur les restrictions de vol.

Cependant, une équipe de chercheurs/euses, dirigée par l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE), a découvert que même les plus petites cendres volcaniques ne se comportaient pas comme prévu. Ses résultats, à lire dans la revue Nature Communications, permettront d'affiner la représentation des cendres volcaniques dans les modèles de prévision utilisés par les VAAC, qui doivent réagir en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel pour fournir des conseils utiles lors d'une éruption volcanique.

L'éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull en 2010 a non seulement perturbé le trafic aérien mondial, mais a également remis en question le fonctionnement des stratégies de prévision utilisées par les VAAC, basées uniquement sur le suivi spatial du nuage de cendres. Une réunion d'expert-es a affiné les stratégies en fonction des seuils de concentration de cendres et a permis aux vols de reprendre plus rapidement, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en assurant la sécurité des passagers et du personnel de bord.

"Lors d'une éruption explosive volcanique, des fragments allant de quelques microns à plus de 2 mètres sont éjectés du volcan", explique Eduardo Rossi, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) au Département des sciences de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE et premier auteur de l'étude. Plus les particules sont grosses, plus elles tombent vite et près du volcan, ce qui réduit la concentration de cendres dans l'atmosphère." C'est pourquoi les nouvelles stratégies ont intégré des seuils de concentration définissant mieux la dangerosité pour les moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) d'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...). "A partir de 2 milligrammes par mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées....), les compagnies aériennes doivent avoir un dossier de sécurité approuvé pour fonctionner", explique le chercheur genevois.

Des agrégats de particules qui faussent les modèles prévisionnels

Malgré les connaissances existantes sur les nuages de cendres, plusieurs questions sont restées sans réponse après l'éruption d'Eyjafjallajökull en 2010, y compris la découverte de particules beaucoup plus grandes que prévu au Royaume-Uni. "Nous voulions comprendre comment cela était possible en analysant avec précision les particules de cendres du volcan Sakurajima au Japon, qui a 2-3 éruptions par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) depuis plus de 50 ans", explique Costanza Bonadonna, professeure au Département de la Terre de l'UNIGE.

En utilisant du papier adhésif pour collecter les cendres avant qu'elles ne touchent le sol, l'équipe de scientifiques avait déjà observé, lors de l'éruption d'Eyjafjallajökull, comment les particules micrométriques se regroupaient en clusters qui, après l'impact avec le sol, étaient détruits. "Cela joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle important dans la vitesse (On distingue :) de sédimentation, note Eduardo Rossi. Une fois assemblées en agrégats, ces particules micrométriques tombent beaucoup plus vite et plus près du volcan que les modèles ne le prédisent, car elles sont finalement plus lourdes que si elles tombaient individuellement. C'est ce qu'on appelle une sédimentation prématurée."

L'effet rafting, déclaré impossible par la théorie

Au Japon, l'équipe de l'UNIGE a fait une nouvelle découverte importante: l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) de l'effet du rafting. À l'aide d'une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) à haute vitesse, les volcanologues ont observé la sédimentation des cendres en temps réel et ont découvert des agrégats auparavant invisibles, appelés cored clusters. "Ceux-ci sont formés par une grosse particule de 100 à 800 microns - le noyau - qui est recouverte par de nombreuses petites particules de moins de 60 microns, explique Costanza Bonadonna. Et cette couche externe (  Ne pas confondre couche de valence et valence) de petites particules peut agir comme un parachute (Le parachute est un dispositif destiné à freiner le mouvement, principalement vertical...) sur le noyau, retardant (Un retardant est un produit chimique destiné à freiner la propagation des incendies .) sa sédimentation. C'est l'effet du rafting."

Cet effet du rafting avait été théoriquement suggéré en 1993, mais finalement déclaré impossible. Aujourd'hui, son existence est bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de...) et bien prouvée par une observation directe et une analyse théorique précise, rendue possible par la caméra à haute vitesse. "En collaboration avec Frances Beckett du UK Met Office, nous avons réalisé plusieurs simulations qui nous ont permis de répondre aux questions soulevées par l'éruption d'Eyjafjallajökull et la découverte inexpliquée de ces particules de cendres surdimensionnées au Royaume-Uni. C'était le résultat de cet effet du rafting, qui a retardé la chute de ces agrégats", s'enthousiasme Eduardo Rossi. Maintenant que les agrégats de cendres, les cored clusters et l'effet du rafting ont été étudiés, il s'agit de collecter des paramètres de particules physiques plus précis pour qu'un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), ils puissent être intégrés dans les modèles opérationnels des VAAC, pour lesquels la taille et la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) jouent un rôle crucial dans le calcul de la concentration de cendres dans l'atmosphère.

Publication:
Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) est publiée dans Nature Communications DOI: 10.1038/s41467-021-21568-8

Contacts:
- Eduardo Rossi - Post-doctorant au Département des sciences de la Terre - Faculté des sciences - Eduardo.Rossi at unige.ch
- Costanza Bonadonna - Professeure ordinaire au Département des sciences de la Terre - Faculté des sciences - Costanza.Bonadonna at unige.ch
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