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Déploiement d'un photomètre solaire pour l'étude des propriétés des aérosols au Vanuatu avec rattachement à l'AErosol RObotic NETwork (AREONET)

> Action GOPS 2013

Mots-clefs : Photomètre solaire, Propriétés des aérosols, Edifices volcaniques, Gaz

Porteur du projet : UMR LEGOS & MIO, IRD Jérôme Lefèvre

Budget: GOPS 17 100 euros, Co-financements: 11 900 euros

Zones géographiques concernées : Vanuatu

Objectif:

Notre connaissance actuelle du fonctionnement et des impacts sur l'environnement des édifices volcaniques du Vanuatu  a été marquée par une très forte mobilisation des volcanologues de l'IRD et de l'IPGP sur cet archipel. A partir des années 2 000, grâce aux mesures des gaz volcaniques par satellite et au sol, on commence à mettre en lumière la diversité et les formidables quantités d'espèces volcaniques rejetées dans l'atmosphère, avec Ambrym, l'île volcan, représentant à elle seule près de 10 % des émissions globales d'origine volcanique (Bani et al., 2012). On pense que ces espèces volcaniques sont capables de modifier la composition chimique de l'atmosphère, à travers la libération d'espèces soufrées, mais également de radicaux halogénés (Bani et al., 2009). Après transformation chimique, les particules sulfatées formées à partir du SO2 volcanique sont également bien connues pour être capables de renvoyer vers l'espace une partie du rayonnement solaire incident. Pour permettre de mieux caractériser le rôle du forçage volcanique sur le climat et les écosystèmes, la connaissance plus précise des propriétés optiques, radiatives et microphysiques des aérosols est nécessaire de manière, d'une part, à ajuster les algorithmes de détection des aérosols depuis les observations satellites et, d'autre part, permettre de valider les modèles climatiques incorporant le forçage des aérosols. Le projet avait pour ambition d'installer au Vanuatu (Ile de Santo) un photomètre solaire, couplé à un dispositif de collecte des aérosols. Complété par une modélisation de la dispersion des panaches volcaniques et des observations satellites, ces deux équipements permettaient ainsi d'offrir des éléments de connaissance sur les propriétés des aérosols et l'impact régional du dégazage volcanique.

Résultats :

Moyennant l'usage combiné des observations satellites et de la modélisation (Lefèvre et al., 2015a), des éléments de connaissance ont été apportés, permettant de préciser le rôle des espèces volcaniques soufrées sur la composition en aérosols de la troposphère du Pacifique Sud-Ouest. La climatologie des aérosols et les expériences numériques avec WRF-Chem ont permis de hiérarchiser les principaux facteurs (sources, processus physiques et chimiques) agissant sur leur distribution. D'autre part, l'observation des propriétés microphysiques des nuages (tailles des gouttelettes, produit Modis et  réflectivité Radar, produit CloudSat) démontrent la perturbation des propriétés des nuages par les aérosols volcaniques sous l'effet des interactions aérosols-nuages, avec une tendance à la réduction des précipitations sous les nuages stratiformes pollués (Lefèvre et al., 2015b) . Du côté des observations terrestres, un photomètre solaire conforme aux spécifications du réseau AERONET a été livré à Nouméa le 7 novembre 2013, puis mis en opération sur le site IRD de l'Anse Vata, grâce à l'intervention de Robert Frouin, de la Scripps. Un jeu de plus de 6 mois de données est accessible depuis le portail de l'AErosol RObotic NETwork (AERONET). En outre, les mesures de radiance du photomètre sont employées dans un algorithme d'inversion à la NASA permettant de déterminer des paramètres optiques supplémentaires, dont les indices de réfraction du mélange d'aérosols et sa distribution granulométrique, mais également le contenu en vapeur d'eau intégré sur la verticale. Les données sont accessibles en ligne :

ACCES DONNEES AERONET : http://aeronet.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/type_one_station_opera_v2_inv2?site=Noumea&nachal=0&year=21

L'effort d'observation  était initialement projeté au Vanuatu, mais les relations diplomatiques tendues entre le Vanuatu et la France ont retardé nos plans. En attendant une fenêtre favorable pour son installation au Vanuatu, l'effort d'observation sur Nouméa a été prolongé sur l'année 2015, avec un soutien très actif de l'AERONET et la SCRIPPS.

Perspectives:

On pense que la perturbation du profil vertical de température par les aérosols volcaniques est capable de modifier le climat (refroidissement en basse couche), tandis que les modifications micro-physiques des nuages perturbent le cycle de l'eau dans la région. D'autre part, les panaches volcaniques chimiquement très actifs et acides sont également susceptibles d'altérer la qualité de l'air (la capacité d'oxydation de la troposphère) et de créer des désordres sur les écosystèmes. Ces impacts climatiques et environnementaux nécessitent d'être plus précisés. Une collaboration plus étroite avec l'IPGP et le VMGD sur ce thème est en cours, ce qui permettra de mutualiser nos équipements d'observation avec ceux des deux partenaires déjà en place. En outre, on émet l'hypothèse que les espèces volcaniques peuvent être sources de micro-nutriments et exercer ainsi un rôle fertilisant ou perturbateur pour la production primaire dans les eaux côtières du Vanuatu, à la manière des investigations réalisées sur le lagon (Mari et al. 2014). Cette question est au centre du programme SAVALEFER (CNES-TOSCA 2013-2015).

Partenaires :

- UMR LOCEAN, Christophe Menkes
- UMR MIO, Sophie Bonnet
- UMR EIO, Martine Rodier
- UMR LMV, Philipson Bani
- Scripps Institution of Oceanography, Robert Frouin
- Département  de météorologie et géo-risques du Vanuatu, Esline Garaebeti-Bule
- LOV Université de Paris VI –UPMC/UMR 7093), Cécile Guieu

Publications :

Lefèvre J., Menkès C., Bani P., Marchesiello P., Curci G., Grell A. G., Frouin R. 2015a. La distribution des précurseurs d'aérosol de soufre dans la Zone de convergence Pacifique Sud diffusée par le dégazage volcanique continu à Ambrym, au Vanuatu. Journal de vulcanologie et de recherche géothermique, comprendre les volcans de  l'arc du Vanuatu ', éditions S. Vergniolle et de N. Metrich, Les effets du dépôt de suie sur la dynamique des particules et les process microbiens dans les eaux de surface marines, Global Biogeochem. Cycles, 28, 662–678, doi:10.1002/2014GB004878

Lefèvre J., 2014 – Déploiement d'un photomètre solaire pour l'étude des propriétés des aérosols au Vanuatu avec rattachement à l'AErosol RObotic NETwork (AERONET). Rapport final, AAP GOPS 2013, 26 p.

Lefèvre J., Frouin R., Masunaga H., Menkès C., Marchesiello P. 2015b. Le contrôle volcanique de dégazage des propriétés peu profondes des nuages dans la marge convectrice de la Zone de convergence Pacifique Sud: une description saisonnière qui a nécessité MODIS et CLOUDSAT. Journal de vulcanologie et de recherche géothermique, comprendre les volcans de  l'arc du Vanuatu ', éditions S.Vergniolle et de N. Metrich. Soumis.