Lorsque le volcan Eyjafjallajökull en Islande est entré en éruption en avril 2010, le trafic aérien a été interrompu pendant six jours, puis perturbé jusqu'en mai. Jusque là, modèles des neuf Centres consultatifs de cendres volcaniques (VAAC) dans le monde, qui visait à prédire quand le nuage de cendres interférait avec les routes des avions, étaient basés sur le suivi des nuages ​​dans l'atmosphère.

Dans le sillage de cette catastrophe économique pour les compagnies aériennes, des seuils de concentration de cendres ont été introduits en Europe et sont utilisés par l'industrie du transport aérien lors de la prise de décisions sur les restrictions de vol. Cependant, une équipe de chercheurs, dirigé par l'Université de Genève (UNIGE), La Suisse, découvert que même les plus petites cendres volcaniques ne se comportaient pas comme prévu. Ses résultats, à lire dans le journal Communication Nature , contribuera à affiner la représentation des cendres volcaniques dans les modèles de prévision utilisés par les VAAC, qui doit réagir en temps réel pour donner des conseils utiles lors d'une éruption volcanique.

L'éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull en 2010 a non seulement perturbé le trafic aérien mondial, mais aussi remis en cause le fonctionnement des stratégies prévisionnelles utilisées par les VAAC, basé uniquement sur le suivi spatial du nuage de cendres. Une réunion d'experts a affiné les stratégies basées sur des seuils de concentration en cendres et a permis de reprendre plus rapidement les vols, tout en assurant la sécurité des passagers et du personnel navigant.

"Au cours d'une éruption volcanique explosive, des fragments allant de quelques microns à plus de 2 mètres sont éjectés de la cheminée volcanique, " explique Eduardo Rossi, chercheur au Département des Sciences de la Terre de la Faculté des Sciences de l'UNIGE et premier auteur de l'étude. Plus les particules sont grosses, plus vite et plus près du volcan ils tombent, réduire la concentration de cendres dans l'atmosphère. « C'est pourquoi les nouvelles stratégies ont intégré des seuils de concentration définissant mieux la dangerosité pour les moteurs d'avion. A partir de 2 milligrammes par mètre cube, les compagnies aériennes doivent avoir un dossier de sécurité approuvé pour opérer, ", explique le chercheur genevois.

Agrégats de particules qui impactent les modèles prédictifs

Malgré les connaissances existantes sur les nuages ​​de cendres, plusieurs questions ouvertes sont restées sans réponse après l'éruption de l'Eyjafjallajökull de 2010, y compris la découverte de particules au Royaume-Uni qui étaient beaucoup plus grosses que prévu. "Nous voulions comprendre comment cela était possible en analysant avec précision les particules de cendres du volcan Sakurajima au Japon, qui éclate 2 à 3 fois par jour depuis plus de 50 ans, " dit Costanza Bonadonna, professeur au Département des sciences de la Terre de l'UNIGE.

En utilisant du papier adhésif pour collecter les cendres avant qu'elles ne touchent le sol, l'équipe de scientifiques avait déjà observé lors de l'éruption de l'Eyjafjallajökull comment des particules micrométriques se regrouperaient en amas, lequel, après l'impact avec le sol, ont été détruits. « Il joue un rôle important dans la vitesse de sédimentation, note Eduardo Rossi. Une fois assemblés en agrégats, ces particules micrométriques tombent beaucoup plus vite et plus près du volcan que ne le prédisent les modèles, car ils sont finalement plus lourds que s'ils tombaient individuellement. C'est ce qu'on appelle la sédimentation prématurée. "

L'effet rafting, déclaré impossible par la théorie

Au Japon, l'équipe de l'UNIGE a fait une nouvelle découverte importante :l'observation de l'effet rafting. A l'aide d'une caméra ultra-rapide, les vulcanologues ont observé la sédimentation des cendres en temps réel et ont découvert des agrégats inédits appelés amas à noyau. « Ceux-ci sont formés d'une grosse particule de 100 à 800 microns - le noyau - qui est recouverte de nombreuses petites particules de moins de 60 microns, explique Costanza Bonadonna. Et cette couche externe de petites particules peut agir comme un parachute au-dessus du noyau, retarder sa sédimentation. C'est l'effet rafting. "

Cet effet rafting avait été théoriquement suggéré en 1993, mais finalement déclaré impossible. Aujourd'hui, son existence est bel et bien prouvée par l'observation directe et une analyse théorique précise, rendu possible par une caméra ultra-rapide. "En collaboration avec Frances Beckett du Met Office britannique, nous avons réalisé plusieurs simulations qui nous ont permis de répondre aux questions soulevées par l'éruption de l'Eyjafjallajökull et la découverte inexpliquée de ces particules de cendres surdimensionnées au Royaume-Uni. C'était le résultat de cet effet de rafting, qui a retardé la chute de ces agrégats, " s'enthousiasme Eduardo Rossi.

Maintenant que les cendres s'agrègent, les amas carottés et l'effet rafting ont été étudiés, il s'agit de collecter des paramètres physiques des particules plus précis pour qu'ils puissent un jour être intégrés dans les modèles opérationnels des VAAC, dont la taille et la densité jouent un rôle crucial dans le calcul de la concentration de cendres dans l'atmosphère.