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2021-10-30

Pour la première fois depuis 1971, le volcan Cumbre Vieja de La Palma (îles Canaries, Espagne) est rentré en éruption le 19 septembre 2021 à 13h10 UTC, ceci il y a plus d’un mois. Avec de la lave qui s’écoule, le volcan émet des cendres et plusieurs gaz, parmi lesquels le dioxyde de soufre (SO2). Les cendres volcaniques et le SO2 sont dangereux pour la santé publique et l’aviation (endommagement des moteurs causé par les cendres fondues et la sulfuration). Par conséquent, le suivi et la surveillance des panaches volcaniques et de leurs constituants sont très importants. C’est pourquoi depuis 2009, le système « Support to Aviation Control Service » (SACS) utilise des observations par satellite à partir d’instruments hyperspectraux UV-vis (lumière UV et visible) et infrarouge pour détecter les émissions de cendres et de SO2. En cas de concentrations exceptionnellement élevées de SO2 ou de cendres, le système envoie un avertissement aux parties prenantes.

Pour cette éruption particulière, aucune notification de cendres n’a été envoyée par SACS. Cependant, depuis le début de l’éruption, des notifications quotidiennes de concentrations exceptionnelles de SO2 ont été envoyées aux utilisateurs par le système SACS. Des pages Web spécifiques aux notifications sont créées avec des informations clés et des liens vers des images personnalisées (p. ex., images d’alerte et Google Earth) et des données (voir la page suivante: SO2 notification). En particulier, le fichier de données d’alerte disponible dans les notifications SACS est appelé NCAP, pour produit d’alerte NetCDF (pour les détails voir Brenot et al. 2014, 2021).

Une source d’information clée dans le contexte de l’éruption de Cumbre Vieja, provient de l’instrument de surveillance de l’ozone troposphérique (TROPOMI) à bord du satellite Copernicus Sentinel-5P. TROPOMI fournit des observations à une résolution spatiale sans précédent de 3,5 × 5,5 km2. L’IASB est responsable du développement de l’algorithme pour extraire les colonnes de SO2 de TROPOMI (Theys et al., 2017, 2019). Dans le cadre de SACS, le SO2 est également observé par d’autres capteurs, tels que l’interféromètre de sondage atmosphérique infrarouge (IASI) à bord des satellites MetOp.

Le transport du panache de SO2 observé par TROPOMI au-dessus de l’Afrique, l’Europe et l’océan Atlantique pour la période du 19 septembre au 20 octobre 2021, est illustré dans l’animation ci-dessous.

La Palma animation
Figure 1: Contenu vertical et masse de SO2 mesuré par TROPOMI (série temporelle de la masse dans en haut à gauche). L’emplacement du volcan Cumbre Vieja est indiqué par un triangle noir. Les valeurs maximales en SO2 (en unités Dobson) et les temps de mesures sont indiqués. L’heure moyenne de passage du capteur TROPOMI au-dessus des îles Canaries est au alentours de 15:00 UTC.

L’animation montre que le SO2 émis a été transporté autour des îles Canaries et vers le nord de l’Afrique (p. ex., les 27 sept. et 9 oct.), vers le sud de l’Europe (p. ex., les 25-26 sept. et 19-20 oct.) et le long de l’océan Atlantique (p. ex., les 30 sept. et 6 oct.). A partir du 19 octobre, le panache a été transporté vers le Portugal, l’Espagne, la France, le Royaume-Uni et le Benelux. Les observations du 20 octobre montrent un panache avec une extension horizontale très fine, de quelques centaines de kilomètres de large (rivière atmosphérique) qui conduit le SO2 au-dessus de l’Allemagne, la Suisse, l’Italie et la Pologne.

Pour l’instant, il est plausible que l’éruption se poursuive pendant plusieurs semaines, voire des mois. Les émissions volcaniques de Cumbre Vieja n’ont pas cessé depuis un mois avec environ 50 kt de SO2 émis par jour (c.f. la série temporelle dans le haut-gauche de  l’animation) et un total d’environ 1,5 Tg.

À l’avenir, SACS utilisera d’autres techniques plus sensibles pour surveiller les émissions volcaniques. Par exemple, l’équipe UV-vis de l’IASB a récemment mis au point un algorithme « Covariance-Based Retrieval Algorithm » (COBRA) pour mesurer le SO2 avec TROPOMI (Theys et al., 2021). Comme montré ci-dessous, cette technique réduit le bruit dans les données et est très prometteuse car elle peut détecter une très faible quantité de SO2. Ces nouvelles observations pourraient aider à envoyer de meilleurs messages d’alerte, à contraindre les modèles de dispersion, et être très pertinente pour les volcanologues.

COBRA algorithm
Figure 2: Comparaison des mesures SO2 (colonne verticale et masse) à partir de deux algorithmes (celui des données NRT opérationnelles et l’algorithme COBRA). Le premier jour de l’éruption de Cumbre Vieja (19 septembre 2021) est présenté. Les données de l’algorithme opérationnel (« NRT data ») sont montrées figure a) et les nouvelles données de l’algorithme COBRA figure b). Nous pouvons voir la nette amélioration obtenue en utilisant notre nouvel algorithme COBRA, avec une limite de détection plus faible et moins de bruit.

Remerciements

Ce développement scientifiques se déroule dans le cadre du ALARM project, qui a reçu un financement de « SESAR Joint Undertaking (JU) » au titre de l’accord de subvention n°891467. JU reçoit le soutien du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union Européenne et des membres de SESAR, hors EU. Nous travaillons actuellement sur le développement et la mise en œuvre dans SACS de détection sélective de SO2 et des aérosols (cendres et poussières) à partir de l’instrument SEVIRI.

Lire aussi

Contact

  • Dr Hugues Brenot, groupe de recherche UV-Visible DOAS
    E-mail: hugues (point) brenot (arobase) aeronomie (point) be
  • Dr Nicolas Theys, groupe de recherche UV-Visible DOAS
    E-mail: nicolas (point) theys (arobase) aeronomie (point) be

Références

Brenot, H., Theys, N., Clarisse, L., van Geffen, J., van Gent, J., Van Roozendael, M., van der A, R., Hurtmans, D., Coheur, P.-F., Clerbaux, C., Valks, P., Hedelt, P., Prata, F., Rasson, O., Sievers, K., and Zehner, C.: Support to Aviation Control Service (SACS): an online service for near-real-time satellite monitoring of volcanic plumes, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 14, 1099–1123 (2014).

Brenot, H., Theys, N., Clarisse, L., van Gent, J., Hurtmans, D. R., Vandenbussche, S., Papagiannopoulos, N., Mona, L., Virtanen, T., Uppstu, A., Sofiev, M., Bugliaro, L., Vázquez-Navarro, M., Hedelt, P., Parks, M. M., Barsotti, S., Coltelli, M., Moreland, W., Arnold-Arias, D., Hirtl, M., Peltonen, T., Lahtinen, J., Sievers, K., Lipok, F., Rüfenacht, R., Haefele, A., Hervo, M., Wagenaar, S., Som de Cerff, W., de Laat, J., Apituley, A., Stammes, P., Laffineur, Q., Delcloo, A., Lennart, R., Rokitansky, C.-H., Vargas, A., Kerschbaum, M., Resch, C., Zopp, R., Plu, M., Peuch, V.-H., Van Roozendael, M., and Wotawa, G.: EUNADICS early warning system dedicated to support aviation in case of crisis from natural airborne hazard and radionuclide cloud, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., accepted (2021).

Theys, N., De Smedt, I., Yu, H., Danckaert, T., van Gent, J., Hörmann, C., Wagner, T., Hedelt, P., Bauer, H., Romahn, F., Pedergnana, M., Loyola, D., and Van Roozendael, M.: Sulfur dioxide retrievals from TROPOMI onboard Sentinel-5 Precursor: algorithm theoretical basis, Atmos. Meas. Tech., 10, 119–153 (2017).
Theys, N., Hedelt, P., De Smedt, I. et al. Global monitoring of volcanic SO2 degassing with unprecedented resolution from TROPOMI onboard Sentinel-5 Precursor. Sci Rep 9, 2643 (2019).

Theys, N., Fioletov, V., Li, C., De Smedt, I., Lerot, C., McLinden, C., Krotkov, N., Griffin, D., Clarisse, L., Hedelt, P., Loyola, D., Wagner, T., Kumar, V., Innes, A., Ribas, R., Hendrick, F., Vlietinck, J., Brenot, H., and Van Roozendael, M.: A Sulfur Dioxide Covariance-Based Retrieval Algorithm (COBRA): application to TROPOMI reveals new emission sources, Atmos. Chem. Phys. Discuss., accepted (2021).

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Cette image, capturée par la mission Copernicus Sentinel-2 le 30 septembre, montre l'écoulement de la lave du volcan en éruption sur l'île espagnole de La Palma.
© contient des données Copernicus Sentinel modifiées(2021), traité par l'ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
Source: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/10/La_Palma_lava_flows_into_the_sea