Service d'Observation des radars Doppler Volcanologiques

Radar antenna at 2.6 km west of Arenal volcano (2650 m, Costa Rica)

VOLDORAD (Volcano Doppler Radar) est un radar Doppler volcanologique transportable conçu à l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand spécifiquement pour l’étude et la surveillance des éruptions volcaniques explosives. Adapté des radars UHF profileurs de vent, il représente 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 éprouvé 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), notre radar s'avère 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 distance 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 supérieures et sont donc mieux adaptés pour l’étude d’éruptions intenses. 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. Peu atténué par les hydrométéores, surtout en UHF comme VOLDORAD, le signal radar peut être transmis à travers les nuages et de nuit lorsque les observations directes sont difficiles. En outre, 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 puissante et adaptée pour la surveillance continue de l’activité volcanique. Elle permet en outre de sonder des éruptions d’intensité faible ou modérée, de type Strombolien ou 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, en fournissant des mesures simultanées à la source.

Équipe : Franck Donnadieu, Physicien adjoint, OPGC - LMV Sébastien Valade, doctorant OPGC - LMV Jacques Fournet-Fayard, Physicien Adj., OPGC - LaMP Claude Hervier, Ingénieur d’Etude, OPGC - SDT Patrick Freville, Ingénieur de Recherche, OPGC – SDT Sandrine Rivet, Assitant Ingénieur, OPGC - UMS833 Thierry Souriot, Ingénieur de Recherche, OPGC-LMV Philippe Cacault, Ingénieur d’Etude, OPGC - UMS833 Yves Pointin, C.R. au CNRS, OPGC – LaMP

Principaux partenaires : Michele Prestifilippo, INGV, Sezione di Catania, Italie Mauro Coltelli, INGV, Sezione di Catania, Italie Philippe Lesage, Université de Savoie - LGIT, France Mauricio Mora, Universidad de Costa Rica Patrick Allard, IPG Paris, France Andrew Harris, LMV – OPGC, France Guillermo Alvarado, ICE - Universidad de Costa Rica Sylvie Vergniolle, IPG Paris, France Carlos Valdez Gonzales, UNAM, Mexique Enrique Guevarra Ortiz, CENAPRED, Mexique