Emissions de particules du volcan islandais Eyjafjöll: quelle influence sur le contenu en aérosols dans la région Lilloise? LOA (Laboratoire d Optique Atmosphérique, Lille1, CNRS UMR 8518) vendredi 23 avril 2010 - Les mesures effectuées en routine par le LOA à Villeneuve d Ascq, dans la région Lilloise mettent en évidence un changement des propriétés des particules présentes dans l atmosphère à partir du 17 avril 2010. 1) Analyse des mesures photométriques du réseau AERONET/PHOTONS le 17 avril 2010 CONTENU EN AEROSOLS (POUSSIERES ATMOSPHERIQUES) 0.3 0.2 0.1 0.0 06h 09h 12h 15h 18h Figure 1. Evolution de l épaisseur optique spectrale en aérosol au cours de la journée du 17 avril 2010 mesurée à Villeneuve d Ascq par le photomètre du LOA (SOERE AERONET/PHOTONS). La figure 1 met en évidence une augmentation de l épaisseur optique en aérosol (contenu en particules intégré verticalement) autour de 15h. Les épaisseurs optiques en aérosols mesurées sont alors de l ordre de 0.25 à 0.3 à 440 nm, ce qui correspond à des niveaux de concentrations modérés. 1
REPARTITION VERTICALE DES AEROSOLS Altitude heure heure Figure 2. En haut : Quick-Look des profils LIDAR (ln(p.r 2 )) mesurés à 532 nm à Villeneuve d Ascq le 17 avril 2010 montrant l évolution sur 24h de la répartition verticale des particules atmosphériques (http://www-loa.univ-lille1.fr/instruments/lidar/). Les zones en blanc correspondent à un arrêt temporaire du système LIDAR. En bas : Evolution journalière de l épaisseur optique en aérosol recalculée à 532 nm et du coefficient d Angström déduits des mesures du photomètre en coïncidence avec les mesures du LIDAR. La figure 2 montre la présence d un panache d aérosols situé entre 1,5 et 2 km d altitude au cours de la nuit du 16 au 17 avril. L évolution de l épaisseur du panache est importante au cours de la journée car il disparaît entre 08h TU et la fin d après-midi où son épaisseur augmente à nouveau et persiste durant la nuit. Cette interprétation est cohérente avec la trajectographie des masses d air aux niveaux 1500, 2000 et 2500 m (figures 3). Par exemple, sur la figure 3.b, on peut noter que la masse d air qui est arrivée au dessus de notre station le 17 avril vers 20h est passée au dessus du volcan (sud de l Islande) le 15 avril en fin d après-midi. Figure 3. : Retro-trajectoire (Model NOAA HYSPLIT) pour Villeneuve d Ascq le 17 Avril à 08h00 (à gauche) et 20 h00 TU (à droite) 2
Le gradient d épaisseur optique permet d estimer l épaisseur optique minimum du panache au-dessus de Villeneuve d Ascq au début de la nuit. Ainsi, vers 18h00 TU, on notera que le panache a atteint une épaisseur optique τ panache de l ordre de 0.13 à 440 nm et un coefficient d angström de 0.3 caractéristique de grosse particules. Les profils lidar indiquent l épaisseur géométrique de l ordre de 300 m ce qui permet d estimer le coefficient d extinction de ces aérosols volcaniques (tableau 1) Longueur d onde τ panache k ext, aérosols (km -1 ) 440 0.13 0.43 670 0.11 0.37 870 0.10 0.35 1020 0.09 0.33 Tableau 1 : Estimation des épaisseurs optiques et coefficients d extinctions par combinaison des mesures du LIDAR et photomètres. La valeur du coefficient d extinction obtenu est compatible avec l observation LIDAR. L analyse indique aussi qu au cours de la première partie de nuit, l épaisseur géométrique du panache a plus que doublé conduisant à une épaisseur optique, vers minuit, de l ordre de 0.3 à 440 nm, compatible avec les mesures relevées au lever du soleil par le photomètre le 18 avril. DIMENSION DES AEROSOLS 0.01 0.1 1 10 100 0.01 0.1 1 10 100 Rayons des particules (en micromètres) Figure 4. Distributions en taille des aérosols, intégrées verticalement, déduites des mesures photométriques de Villeneuve d Ascq. A gauche : sur la période du 5 mars au 13 avril 2010, précédant l éruption du volcan Islandais. A droite : le 17 avril 2010, jour du passage du panache d aérosols volcaniques au-dessus de la région Lilloise. La partie gauche de la figure 4 montre les distributions en taille des particules généralement mesurées dans la région Lilloise. On peut noter que la distribution est bimodale, avec une domination du mode fin correspondant à des particules de pollution, de rayon inférieur au micromètre (0.001 mm). A droite, en revanche, la distribution en taille mesurée lors du passage du panache d aérosols volcaniques témoigne de l augmentation de particules de taille supérieure au micromètre, correspondant au mode grossier. 3
Pourcentage de particules NON sphériques (%) 100 80 60 40 20 0 Lille % Non Sphérique Coefficient d'ansgtröm 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Jour d'avril 2010 2 1.5 1 0.5 0 Coefficient d'ansgtröm Figure 5. Evolution de la fraction de particules non sphériques et du coefficient d Ansgröm déduits des mesures photométriques depuis le 11 avril 2010. On note la nette augmentation du pourcentage de particules non sphériques dans la distribution granulométrique aérosol à partir du 17 avril et les jours suivants. Les mesures du 19 avril seront disponibles ultérieurement. Ces mesures tendent à montrer que le panache d aérosols volcaniques, tel qu il est détecté sur le Nord de la France, est composé de particules de grande taille avec une non sphéricité prononcée, et ce en dépit d un trajet de plusieurs milliers de kilomètres depuis sa source en Islande. Une première estimation de la concentration en particules donne une valeur de l ordre de 10 4 particules par cm 3 en début de nuit. 4
2) Analyse des mesures du capteur spatial POLDER sur le satellite PARASOL Figure 6. Observations des épaisseurs optiques en aérosols au-dessus des océans du satellite PARASOL pour les 16, 17 et 18 avril 2010. L algorithme PARASOL ne détecte les aérosols qu en ciel clair. Les zones blanches indiquent la présence de nuages. Les observations du satellite PARASOL du CNES mettent en évidence des contenus en aérosols significatifs les 16, 17, et 18 avril au-dessus de l Atlantique et de la Mer du Nord et à proximité des côtés hollandaises, belges et françaises. Le panache observé correspond aux aérosols émis par le volcan Islandais autour du 14 avril, et indique des épaisseurs optiques en aérosol de l ordre de 0.25 à 0.3 (à 865 nm). Il est probable que la présence de nuages sur la région masque une partie du panache de poussières. Les contenus en aérosol détectés par PARASOL sont du même ordre de grandeur que ceux mesurés par photométrie dans la région Lilloise, indiquant un contenu en particules modérément intense, avec des épaisseurs optiques ne dépassant pas 0.3. 5
Contacts : Pour le Laboratoire d Optique Atmosphérique : Frédéric Parol (frederic.parol@univlille1.fr) ou Isabelle Chiapello (isabelle.chiapello@univ-lille1.fr) Pour le réseau AERONET/PHOTONS : Philippe Goloub (philippe.goloub@univ-lille1.fr) Pour les mesures POLDER : Didier Tanré (didier.tanre@univ-lille1.fr) 6