10/05/2012 - Les scientifiques " lisent " les cendres du volcan islandais deux ans après leur éruption

Menéame

En mai 2010, le nuage de cendres de l’Eyjafjallajökull, volcan qui a paralysé les aéroports européens, est arrivé dans la péninsule ibérique. Les scientifiques ont suivi leur trace avec des satellites, des détecteurs laser, des photomètres solaires et d’autres instruments.

Aujourd'hui, deux ans plus tard, ils présentent les résultats et les modèles qui aideront à prévenir les conséquences de ce type de phénomènes naturels.

Il y a deux ans

L’éruption du volcan Eyjafjallajökull dans le sud de l’Islande a commencé le 20 mars 2010. Le 14 avril, le nuage de cendres a commencé à être émis et a été déplacé vers le nord et le centre de l’Europe et contraint à fermer l’espace aérien. Des centaines d’avions et des millions de passagers sont restés au sol.

Après une période de calme, l’activité du volcan s’est de nouveau intensifiée le 3 mai. Cette fois, les vents ont transporté les aérosols - mélange de particules et de gaz - vers l’Espagne et le Portugal, où entre 6 et 12 de ce mois-là, quelques aéroports ont également été fermés. C’était un moment d’une grande activité pour les scientifiques, qui ont profité de l’occasion pour suivre de près le phénomène. Ses travaux sont maintenant publiés dans le magazine Atmospheric Environment.

"L’énorme impact économique de cet événement démontre la nécessité de décrire avec précision comment un panache volcanique se disperse dans l’atmosphère, ainsi que l’importance de caractériser en détail les particules et de fixer leurs limites de concentration pour assurer la navigation aérienne," explique Arantxa Revuelta, chercheur au Centre de recherche énergétique, environnementale et technologique (CIEMAT).

Cette équipe a identifié le nuage volcanique à son passage à Madrid grâce à la technologie LIDAR (Light Detection And Ranging), le système le plus efficace pour évaluer les concentrations d’aérosols en hauteur. La station CIEMAT est l’un des 27 du réseau européen EARLINET (European Aerosol Research Lidar Network) qui utilise cet instrument. Ses membres ont également publié un article sur le sujet et en ouvert dans le magazine Atmospheric Chemistry and Physics.

Avec la technologie LIDAR, les scientifiques dirigent un rayon laser vers le ciel - comme une épée de La Guerre des galaxies - et le signal qui reflète les particules informe sur leurs propriétés physico-chimiques. C’est ainsi qu’ils ont estimé une valeur maximale d’aérosols d’environ 77 microgrammes/m3, une concentration bien en dessous des valeurs de risque établies pour la navigation aérienne (2 mg/m3). En outre, les concentrations de particules riches en sulfates, bien que fines (d’un diamètre inférieur à 1 m), étaient beaucoup plus faibles que celles de plus de 20 microns situées dans les pays d’Europe centrale.

Ces particules plus épaisses sont celles que l’on appelle généralement 'cendres' et celles qui portent réellement préjudice aux moteurs des avions. Le matériel fin, tel que celui détecté dans la péninsule, est similaire à celui qui est habituellement utilisé dans les zones urbaines et industrielles, qui est étudié plus en raison de ses effets nocifs sur la santé que de son impact sur la navigation aérienne.

Le réseau de photomètres solaires de la NASA

Toutefois, il convient de suivre l’évolution de toutes les particules afin de fournir des informations aux gestionnaires de ce type de crise. Les membres du réseau AERONET (AErosol RObotic NETwork) de la NASA ont travaillé sur cette ligne, dont font partie diverses stations de suivi hispano-portugaises (intégrées en RIMA) équipées de Photomètres solaires automatiques. Ces instruments se concentrent sur le Soleil et collectent des données chaque heure sur l’épaisseur optique des aérosols et leur répartition par taille dans la colonne atmosphérique.

Utilisation combinée des photomètres solaires et technologie lidar enrichit la collecte de données. Ainsi, par exemple, les stations de Grenade et d’Évora ont révélé que le nuage volcanique a circulé entre 3 et 6 km de haut dans ces territoires.

"Des instruments comme le LIDAR sont plus puissants pour l’analyse, mais leur couverture spatiale et temporelle est plus faible, de sorte que les photomètres solaires peuvent être d’une grande aide pour identifier les aérosols volcaniques lorsque d’autres mesures ne sont pas disponibles," souligne le chercheur Carlos Toledano de l’Université de Valladolid, membre du réseau AERONET-RIMA.

De ses stations, on a constaté "une grande variabilité de la taille et des caractéristiques des particules d’aérosol volcaniques dans les épisodes successifs," ce que les membres d’un autre réseau européen, EMEP (European Monitoring and Evaluation Program), ont également constaté, qui est consacré au suivi de la pollution atmosphérique et géré en Espagne par l’Agence d’État de météorologie. Ce groupe a confirmé une augmentation des aérosols et de leurs concentrations en sulfates dans la péninsule, ainsi que du dioxyde de soufre provenant du volcan islandais.

Modèles et prévisions

Les nombreuses observations de l’éruption de l’Eyjafjallajökull - prises à partir d’avions, de satellites ou de terre - ont également permis aux scientifiques de valider leurs modèles de prévision et de dispersion des particules.

"Il est apparu dans la gestion de l’épisode qu’il n’existe pas encore de modèles précis fournissant des données en temps réel pour délimiter, par exemple, l’espace aérien concerné" reconnaît Toledano. Pourtant, son équipe a testé avec des données a posteriori le modèle FLEXPART de l’Institut norvégien de recherche atmosphérique (NILU), qui réussit à capturer l’arrivée de cendres volcaniques dans certains épisodes.

Les puissantes équipes du Barcelona Supercomputing Center-Centre National de Supercomputation (BSC-CNS) ont également profité de l’occasion pour valider un modèle développé dans ce centre: le Fall3d. " C’est un modèle qui peut être appliqué à la dispersion de n’importe quel type de particules, mais en pratique il est particulièrement adapté à celles d’origine volcanique, comme les cendres," commente Arnau Folch, l’un des auteurs.

Ce modèle est utilisé par les vulcanologues et les météorologues pour reproduire des événements passés et surtout pour réaliser des prédictions. Il prévoit notamment la charge d’aérosols dans le sol et leur concentration dans l’air, ce qui rend "d’un intérêt particulier" pour l’aviation civile. L’objectif ultime est de réaliser ce genre de prédictions précises pour être préparés à la prochaine éruption volcanique.

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Références bibliographiques:

C. Toledano, Y. Bennouna, V. Cachorro, J.P. Ortiz de Galisteo, A. Stohl, K. Stebel, N.I. Kristiansen, F.J. Olmo, H. Lyamani, M.A. Obregón, V. Estellés, F. Wagner, J.M. Baldasano, Y. González-Castanedo, L. Clarisse, A.M. de Frutos: “Aerosol properties of the Eyjafjallajökull ash derived from sun photometer and satellite observations over the Iberian Peninsula”. M.A. Revuelta, M. Sastre, A.J. Fernández, L. Martín, R. García, F.J. Gómez-Moreno, B. Artíñano, M. Pujadas, F. Molero: “Characterization of the Eyjafjallajökull volcanic plume over the Iberian Peninsula by lidar remote sensing and ground-level data collection”. A. Folch, A. Costa, S. Basart:  “Validation of the FALL3D ash dispersion model using observations of the 2010 Eyjafjallajökull volcanic ash clouds”. Atmospheric Environment 48: 22-32/46-55/165–183, mars 2012.

M. Sicard, J. L. Guerrero-Rascado, F. Navas-Guzmán, J. Preißler, F. Molero, S. Tomáss, J. A. Bravo-Aranda, A. Comerón, F. Rocadenbosch, F. Wagner, M. Pujadas, L. Alados-Arboledas. “Monitoring of the Eyjafjallaj¨okull volcanic aerosol plume over the Iberian Peninsula by means of four EARLINET lidar stations”. Atmospheric Chemistry and Physics 12: 3115–3130, 2012. DOI:10.5194/acp-12-3115-2012. Acceso abierto.

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