Application of Doppler radar (VOLDORAD) to the study of Strombolian eruptions dynamics at Etna
Application du radar Doppler (VOLDORAD) à l'étude de la dynamique des éruptions Stromboliennes de l'Etna
Résumé
VOLDORAD, a low power UHF Doppler radar, is a portable ground-based system, developed by the Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (France), especially for the study of explosive volcanic activity. The capabilities of such remote sensing methods to probe safely hazardous eruption jets and plumes constitute a real step forward regarding the in-depth analysis of physical processes controlling the dynamics of volcanic eruptions. The main objective of this work is to bring more stringent constraints, particularly from the development of methodological procedures, on the interpretation of Doppler radar data, with the final aim of better understanding the explosive dynamics. This study has been achieved from Doppler radar measurements carried out at Etna Southeast crater during the eruption of July 4, 2001, and focused on the Strombolian activity. However, processing methods, theoretical forward models and inversion procedures developed here have been achieved with the scope of a more general application, i.e., for various types of eruptions. The thorough analysis of Strombolian explosions by ground-based Doppler radar has permitted to obtain a wide range of source parameters, mainly related to kinetic, loading and geometrical features. Accurate quantitative assessment of these parameters and their evolution with time is crucial for (1) monitoring and early warning of active volcanoes, and (2) to provide better constraints on assumptions included in models of eruptive dynamics, useful for the volcanological community, as well as for ash dispersal prediction models used for risk mitigation.
VOLDORAD, un radar Doppler UHF moyenne puissance, est un système portable basé au sol, développé par l'Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand (France), spécifiquement pour l'étude de l'activité volcanique explosive. La capacité de ces méthodes de télédétection à sonder l'intérieur des jets et des panaches volcaniques dangereux constitue un vrai pas en avant concernant l'analyse des paramètres physiques qui contrôlent la dynamique des éruptions volcaniques. L'objectif principal de cette thèse est d'apporter des contraintes plus précises, notamment à partir du développement de procédures méthodologiques, sur l'interprétation des données radar Doppler, dans le but final d'améliorer notre compréhension de la dynamique explosive. Ce travail a été réalisé à partir de mesures radar Doppler acquises pendant l'éruption du cratère Sud-Est de l'Etna en Juillet 2001, et s'intéresse plus particulièrement à l'activité Strombolienne. Cependant, les méthodes de traitement, les modèles directs et les procédures d'inversion développés dans cette étude ont été réalisés dans une optique plus générale, et applicable sur différents types de dynamismes. L'étude détaillée de l'activité Strombolienne par la méthode radar Doppler a permis d'obtenir une large gamme de paramètres sources, notamment : les vitesses et masses de gaz et de particules, ainsi que les caractéristiques géométriques des jets. L'estimation quantitative précise de ces paramètres et de leur évolution au cours du temps est cruciale pour (1) la surveillance et la détection précoce de l'activité volcanique, ainsi que (2) pour l'apport de contraintes sur les hypothèses formulées dans les modèles de dynamique éruptive et dans les modèles de prédiction de dispersion des cendres, indispensables à la minimisation des risques.
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