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VOLDORAD INSTRUMENTS

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Instruments de pointe pour l'Observation : recherche scientifique, surveillance opérationnelle, crise

4 radars Doppler

Les radars Doppler volcanologiques du service VOLDORAD de l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand sont conçus spécifiquement pour l’observation et l’étude des éruptions volcaniques : ils sont transportables, compacts, modulaires et de faible consommation. Leurs différentes fréquences permettent d'observer les téphras des panaches volcaniques (blocs, lapilli, cendres), mais aussi les hydrométéores des nuages atmosphériques et du brouillard, ou encore les pyrométéores composant les fumées de feux de forêt.
Les mesures de réflectivité et vitesses Doppler des éjectas sont réalisées à très haute résolution spatio-temporelle à la source des jets de lave ou panaches de cendres. Elles permettent des investigations détaillées de la dynamique interne et la quantification des paramètres éruptifs cruciaux pour les modèles prévisionnistes de dispersion des cendres (vitesse d’éjection, débit massique, concentrations et masse totale de téphras). Outils opérationnels en cas de crise comme pour les observations de long-terme, ils représentent un puissant moyen de surveillance des volcans, en temps réel et par tout temps, pour la détection et le suivi de l’intensité de l’activité explosive. Le savoir-faire unique de notre équipe et 25 ans d’expérience de terrain confère à l’OPGC une expertise reconnue le plaçant à l’avant-garde internationale dans le domaine de la volcanologie radar.

3 trois radars UHF pulsés (1.2 GHz, 24 cm de longueur d’onde) adaptés des radars profileurs de vent : équipés d’un système d’antennes Yagi orientable (démontable, faible prise au vent), ils sont particulièrement adaptés à la mesure (visée fixe) de la dynamique des lapillis grossiers, blocs et bombes volcaniques violemment expulsés de l’évent par les gaz magmatiques sous pression, notamment dans les jets de lave Stromboliens, les fontaines de lave, ou les explosions de dôme. Ces capteurs durcis et tropicalisés ont été éprouvés dans différents environnements lors de 11 campagnes (Etna, Stromboli, Arenal, Popocatépetl, Yasur) dont 4 sur le long terme.
1 radar à ondes millimétriques scannant (95 GHZ, 3.2 mm ; collab. LATMOS ; financement Mission Interdisciplinaire CNRS – LabEx ClerVolc) : il est particulièrement adapté pour réaliser des profils de réflectivité et vitesses Doppler à l’intérieur des panaches de cendres et leurs retombées, avec une résolution inégalée (12.5 m, <1 s). Ce radar transdisciplinaire est mutualisé entre les campagnes volcanologiques (Stromboli 2015, Sabancaya 2018), atmosphériques (EXAEDRE-HYMEX Corse 2018, SEA2CLOUD 2020 à bord du navire Tangaroa au large de la nouvelle Zélande, ATMO-ACCESS 2024), et l'étude des fumées de feux (FLAMEX-EUBURN 2026).

8 disdromètres laser

Conçus à l'origine pour mesurer les hydrométéores, 8 disdromètres laser nous servent à mesurer les retombées volcaniques à proximité du sol (nombre, taille et vitesse de chute) grâce à un faisceau laser (électromagnétique), optique ou infrarouge. Les systèmes d'acquisition sont modifiés pour optimiser l'encombrement, la consommation énergétique, l'autonomie et la fréquence des mesures. On peut en déduire directement des paramètres représentatifs de la distribution des tailles (min, max, médiane, tri), les matrices vitesse vs taille pour vérifier l'adéquation des lois de chute théoriques. Les produits volcanologiques principaux concernent la typologie des retombées (particules, aggrégats), les taux locaux de sédimentation (flux) et d'accumulation au sol (masse par unité de surface), ou encore les concentrations massiques des particules en chute et les réflectivités radar ; par comparaison avec les mesures in situ du radar, les concentrations de cendres dans les panaches peuvent être déduites au premier ordre.

1 Parsivel² OTT : il mesure à la fois la taille et la vitesse des particules en chute, suivant 32 classes de chaque (0.2-25 mm; 0.2-20 m/s), grâce à un faisceau laser (650 nm, laser classe 1) de 18*3 cm2. Son temps d'intégration amélioré à 5 secondes et ses plages de mesure permettent une caractérisation fine de la dynamique de sédimentation.
6 Laser Precipitation Monitor (LPM) Thies Clima : il mesure à la fois la taille et la vitesse des particules en chute (0,125-8 mm; jusqu'à 10+ m/s), grâce à un faisceau laser infrarouge invisible (785 nm, laser classe 1) de 22.8*2 cm2. Le temps d'intégration est réglable mais on utilise souvent le mode de détection individuelle des particules, pour une comparaison plus directe avec les dépôts au sol notamment.
1 prototype Ash Collector and Sizer (ASHER) développé dans le cadre du programme EUROVOLC : son système de mesure des tailles et vitesses (0.9-4 mm, jusqu'à 6+ m/s) est accompagné d'une balance mesurant localement le taux d'accumulation au sol.

Produits - Livrables

Les bases de données constituées avec les mesures récoltées lors des campagnes, ainsi que les instruments du service VOLDORAD (radars et disdromètres) sont mis à disposition des différentes communautés en Sciences de la Terre comme en Océan-Atmosphère.