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Service d'Observation des radars Doppler Volcanologiques

Antenne radar à 2.6 km à l'ouest du volcan Arenal (2650 m, Costa Rica

Les VOLDORADs (Volcano Doppler Radar) sont des radars Doppler volcanologiques transportables conçus à l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand spécifiquement pour l’étude et la surveillance des éruptions volcaniques explosives. Adaptés des radars UHF profileurs de vent, ils représentent un outil de télédétection de pointe dans l’étude et la surveillance des jets de lave et panaches de cendres, où les réflecteurs dominants sont les particules de lave propulsées au-dessus de l’évent par la violente expansion des gaz magmatiques sous pression. L'intérêt majeur des radars Doppler réside dans leur capacité à sonder l’intérieur des jets/panaches volcaniques et dans le suivi temps-réel et à la source des vitesses d'émission et de la réflectivité des ejecta et, par inversion, la quantification des flux de magma et de gaz émis. Déjà éprouvés dans différents environnements (7 campagnes de mesures sur les volcans Etna, Arenal, Popocatépetl et Yasur) et sur le long terme (campagnes d’un an au Popocatépetl, 3 mois à Arenal, Etna depuis juillet 2009, Popocatépetl depuis juin 2013), nos radars s'avèrent être un outil de surveillance efficace, quantitatif (intensité, magnitude), temps réel et tout-temps, ainsi qu'un puissant moyen d'investigation sur la dynamique de l'activité éruptive sur une gamme d'échelle de temps très large (0,1s - plusieurs années). Les corrélations avec d’autres méthodes, géophysiques en particulier, apportent en outre de précieuses informations sur la dynamique du magma dans le conduit, contribuant à imager de façon plus complète la dynamique éruptive au cours du temps depuis les processus de dégazage en profondeur jusqu’à l’évolution de l’activité en surface.

L’OPGC et le LMV possède l’une des deux seules équipes au monde à utiliser des systèmes transportables de radar Doppler au sol pour le sondage à la source des jets et panaches volcaniques. Les radars commerciaux de l’équipe de Hambourg fonctionnent en modulation de fréquence, avec une courte longueur d’onde et un faisceau étroit ; compacts, ils sont bien adaptés à l’étude d’objets proches. Nos radars pulsés (VOLDORAD), conçus spécifiquement pour les mesures volcanologiques, sont plus puissants, réglables, avec une meilleure fréquence d’acquisition ; ils peuvent donc mesurer des vitesses plus élevées, à des distances non ambigües jusqu’à une dizaine de kilomètres et sont donc mieux adaptés pour l’étude d’éruptions intenses. En outre, le signal UHF comme VOLDORAD (23.5 cm de longueur d’onde), est peu atténué par les hydrométéores ou les cendres : le signal radar peut être transmis à travers les nuages et de nuit lorsque les observations directes sont difficiles, et surtout sonder l’intérieur des panaches volcaniques, même très concentrés en particules. Le principal avantage de ces méthodes de télédétection active est le sondage à distance de volumes spécifiques à l’intérieur des jets éruptifs, juste au dessus du cratère, et donc proche de la source des émissions. Leur fréquence d’acquisition élevée et leur résolution spatiale adaptée fournissent des séries temporelles sur les vitesses et la puissance rétrodiffusée par les éjectas, utilisables pour quantifier en temps réel l’intensité relative d’une éruption. Ces avantages par rapport aux méthodes vidéo- et photo-grammétriques traditionnelles font de la télédétection par radar Doppler une méthode d’investigation puissante de la dynamique explosive et adaptée pour la surveillance continue de l’activité volcanique. Elle permet en outre de sonder des éruptions d’intensité faible ou modérée, de panache de cendres transitoires peu concentrés en particules ou dynamisme Strombolien ou à fontaine de lave, sur lesquels peu de détails sont détectables par satellite. Néanmoins, pour les activités plus explosives, les sondages radars au sol peuvent utilement compléter les observations des nuages volcaniques par satellites et les modèles de dispersions de cendres, en fournissant des mesures simultanées à la source.

Équipe :

• Franck Donnadieu, Physicien adjoint, OPGC - LMV
• Patrick Freville, Ingénieur de Recherche, OPGC – SDT
• Claude Hervier, Ingénieur d’Etude, OPGC - SDT
• Frédéric Peyrin, Ingénieur d’Etude, OPGC - SDT
• Sandrine Rivet, Ingénieur d'Etude, OPGC - UMS833
• Philippe Cacault, Ingénieur d’Etude, OPGC - UMS833

Principaux partenaires :

• Mauro Coltelli, INGV, Sezione di Catania, Italie
• Michele Prestifilippo, INGV, Sezione di Catania, Italie
• Simona Scollo, INGV, Sezione di Catania, Italie
• Patrick Allard, IPG Paris, France
• Sylvie Vergniolle, IPG Paris, France
• Carlos Valdez Gonzales, CENAPRED-UNAM, Mexique
• Philippe Lesage, Université de Savoie - LGIT, France
• Mauricio Mora, Universidad de Costa Rica
• Guillermo Alvarado, ICE - Universidad de Costa Rica

Historique