Thèse de Smita Panda

Soutenance de thèse de Shivange Srivastava  - Laboratoire LOA

Insight into the conversion of SO2 to sulphate aerosols in volcanic plumes from the joint analysis of hyperspectral OMI and multi- angular polarimetric POLDER satellite observations

Résumé :

L'évolution atmosphérique du SO2 provenant des émissions volcaniques en aérosols sulfatés est un processus complexe impliquant de nombreuses étapes chimiques et physiques. Dans les panaches volcaniques troposphériques, les transformations et les impacts de ces aérosols secondaires sur le climat et l'environnement ne sont pas encore totalement compris et évalués. Dans cette étude, nous utilisons les données d'observation du spectromètre spatial Aura/OMI pour tracer les émissions de SO2 et analyser les modèles de dispersion des panaches volcaniques riches en soufre. Par ailleurs, la capacité de l'imageur spatial PARASOL/POLDER à détecter les particules de mode fin permet de mieux comprendre le processus de développement des aérosols de sulfate volcanique. L'objectif principal de l'étude porte sur la quantification du taux de transformation du gaz SO2 en particules sulfatées.Au cœur d’analyse donc sont les restitutions des propriétés des aérosol par l'algorithme GRASP (à partir des mesures POLDER. Cet algorithme permet d'identifier avec précision l'AOD des particules en mode fin, d'obtenir des informations sur l'absorption des aérosols et de distinguer les différents composants des aérosols, en particulier dans la version GRASP/Components. Il fournit des évaluations détaillées des fractions solubles et insolubles des aérosols en modes fin et grossier, telles qu'elles sont discernées à travers leurs indices de réfraction complexes et leurs propriétés optiques standard. L’étude est centrée sur les épisodes de dégazage du volcan Kilauea à Hawaï, couvrant une période allant de 2006 à 2012. Cette période comprend des phases de dégazage passif et explosif. Une cooccurrence spatiale a été observée entre les zones à fortes concentrations de SO2, telles qu'identifiées par les données OMI, et les régions riches en aérosols fins non absorbants, telles que détectées par POLDER. Cette corrélation est quantitativement supportée par des valeurs d'AOD allant de 0,1 à 0,4 et des SSA allant de 0,95 à 1,0 à 440 nm. Cette collocation distincte nous permet de différencier ces particules volcaniques d'autres aérosols fins, anthropogéniques absorbants et naturels provenant d'Asie, sur la base de leurs caractéristiques d'absorption. Par conséquent, nous attribuons ces particules de mode fin aux aérosols de sulfate formés à partir du SO2 émis par Kilauea.La dispersion des panaches d'aérosols provenant de Kilauea montre une distribution spatiale plus large que celle des panaches de SO2, caractérisée par des valeurs plus élevées d'AOD et de SSA.Indépendamment de l'intensité du dégazage, un schéma cohérent est observé, s'alignant sur l'oxydation du SO2 en aérosols sulfatés secondaires. Ce processus est marqué par une diminution progressive de la concentration de SO2 parallèlement à une augmentation de l'AOD fin, qui culmine à environ 500 à 3000 km de la source d'émission volcanique. En même temps, l'échelle temporelle de l'oxydation du SO2 et l'étendue géographique des panaches d'aérosols du Kilauea ont été constatées influencées par l'intensité du dégazage du volcan, ainsi que par les variations saisonnières et les conditions météorologiques dominantes. Pour la période de dégazage éruptif d'avril à novembre 2008, la durée de vie effective du SO2 a été évaluée entre 16 et 57 heures. En ce qui concerne les aérosols de sulfate volcanique, l'étude présente la première détermination de leur durée de vie dans l'atmosphère, estimée entre 58 et 93 heures, d'après les observations POLDER. L'estimation de la durée de vie atmosphérique des aérosols sulfatés volcaniques, établie à partir des mesures fines de l'AOD par POLDER, est considérée comme plus précise et s'aligne bien sur la moyenne mondiale établie pour la durée de vie des aérosols sulfatés. Cette précision est largement due à la sensibilité du système POLDER, qui permet de distinguer efficacement les particules fines non-absorbants dans les panaches volcaniques.

Mots clés : cendres volcaniques, télédétection, aérosols sulfatés, composition atmosphérique en aérosols, dioxyde de soufre gazeux, Panaches volcaniques