VOLDORAD

Radars Doppler et disdromètres Volcanologiques

ACTU

 Le Service VOLDORAD se dote d'un quatrième disdromètre pour étudier les chutes de cendres. Plusieurs d'entre eux ont été déployés lors d'une campagne au  Sakurajima (Japon) en Novembre 2023, pour mesurer la sédimentation des panaches de cendres du volcan.

Le Service d’Observation

Dans le cadre du Service National d’Observation en Volcanologie (SNOV) de l’INSU-CNRS, le Service d’Observation (SO) VOLDORAD (Volcano Doppler Radars and disdrometers) a pour objectif l’investigation de la dynamique des éruptions explosives mais aussi leur suivi opérationnel, grâce à des mesures dans les jets et panaches éruptifs par radar Doppler et des chutes de cendres par disdromètre. Nous réalisons à cet effet des développements instrumentaux et des campagnes de mesures sur le terrain ; les capteurs et les bases de données sont mis à disposition de la communauté. Notre service dispose pour cela de 4 prototypes de radars Doppler volcanologiques: trois radars UHF développés en interne et un radar scannant à ondes millimétriques, transdisciplinaire pour l’étude des panaches de cendres volcaniques mais aussi des nuages atmosphériques (collab. LATMOS). Trois disdromètres laser complètent notre arsenal pour le suivi des chutes de cendres. L'ensemble de la plateforme instrumentale est à disposition de la communauté scientifique et les produits issus des observations radars et disdromètres sont diffusés en accès libre via le Data Center de OPGC et le portail de l'Infrastructure européenne EPOS.
La plateforme des radars Doppler et disdromètres volcanologiques de l’OPGC (VOLDORAD) est labellisée en 2021 comme composante du Service National des Observations en Volcanologie (SNOV). Ce label duCNRS-INSU constitue une reconnaissance de 20 années d’excellence de l’Observatoire dans les développements instrumentaux et les observations radars au service de la communauté internationale.

⇒ FIELD INSTRUMENTS AND DATA FOR USE BY THE SCIENTIFIC COMMUNITY : contact F.Donnadieu@opgc.fr

Instruments de pointe : recherche scientifique, surveillance, crises éruptives

Les VOLDORADs sont des radars Doppler volcanologiques conçus à l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand spécifiquement pour l’observation et l’étude des éruptions volcaniques : ils sont transportables, compacts, modulaires et de faible consommation.
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 une vingtaine d’année 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) et atmosphériques (EXAEDRE-HYMEX Corse 2018, SEA2CLOUD 2020 à bord du navire Tangaroa au large de la nouvelle Zélande, ATMO-ACCESS 2024).

• 4 disdromètres optiques (1 Parsivel2 OTT modifié, 2 LPM Thies Clima modifié, 1 ASHER) : conçus à l'origine pour mesurer les hydrométéores, ils nous servent à mesurer les chutes de cendres volcaniques à proximité du sol (nombre, taille et vitesses de chute). On peut en déduire directement le taux de sédimentation local mais aussi calculer des concentrations massiques des particules en chute et des réflectivités radar; par comparaison avec les mesures in situ du radar, les concentrations de cendres dans les panaches peuvent être déduites au premier ordre.

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 scientifiques.
• Les données radar de niveau 1 (réflectivités, vitesses Doppler) sont rassemblées en base de données ouvertes, accessibles par le portail web de l’OPGC et celui de l'Infrastructure européenne EPOS, à l’instar des observations continues du radar UHF de surveillance de l’Etna VOLDORAD-2B (http://voldorad.opgc.fr/bddtr.php ; Donnadieu et al., 2015). Elles ont permis d’enregistrer plus d’une cinquantaine de paroxysmes depuis 2009. Les signaux temps-réel de l’Etna sont en outre utilisés par l’INGV-OE pour la surveillance opérationnelle. D'autres produit niveau 1 d'observations volcanologiques (jet éruptif, fontaines de lave, panache de téphra) et atmosphériques (nuages) sont également disponibles. Les données du service VOLDORAD sont utilisées par plusieurs équipes de recherche dans le monde.
• Des produits radar de niveau 2 (paramètres éruptifs tel que débit massique de téphras et vitesses d’éjection) ont été développés dans le cadre du projet EUROVOLC, également utilisables en temps-réel.

Organisation

Principaux contributeurs OPGC :

Franck Donnadieu (Phy CNAP), Valentin Freret-Lorgeril (Phy.adj CNAP), Claude Hervier (IE), Frédéric Peyrin (IE), T. Latchimy (IE), P. Freville (IR), Yannick Guéhenneux (IE), Philippe Cacault (IR)

Collaborateurs extérieurs :
LATMOS (IPSL - Univ. Versailles St. Quentin): J. Delanoë, C. Le Gac, C. Caudoux, F. Bertrand, J.-P. Vinson
INGV-OE Catane: M. Coltelli, S. Scollo, M. Prestifilippo
Istituto di Scienze dell'Atmosfera e del Clima (ISAC) Lecce: U. Rizza (CNR)
Univ. Messina , Dipartimento di Scienze matematiche e informatiche, scienze fisiche e scienze della terra : Pr.  S. Magazù
Univ. Genève (UNIGE): V. Freret-Lorgeril, C. Bonadonna
Univ. Rome Sapienza (Dept. Information Electronic. Telecom. Ing), CETEMPS: F.S. Marzano, L. Mereu
Univ. Bristish Columbia (UBC-Dept. Earth Ocean Atm. Sc.): J. Gilchrist, M. Jellinek
Observatorio Vulcanologico INGEMMET (Pérou): D. Ramos, N. Manrique
CENAPRED (Mexico): E. Guevarra, P. Alonso, G. Castellan
Inst. Geofisica UNAM (Mexico): C. Valdes, S. Valade

Structures et projets support:

SNOV (Service National des Observations en Volcanologie) - INSU CNRS

LabEx ClerVolc (centre CLERmontois de recherche sur le VOLCanisme)

EUROVOLC (EUROpean catalogue of VOLCanoes)

EPOS (European Plate Observing System)

MEDSUV (MEDiterranean SUpersite Volcanoes)
TerMEx-MISTRALS