Thèse Dynamique des Panaches Volcaniques et de leur Sédimentation Paramétrisation à Partir de Mesures par Télédétection et Modélisation H/F - Université Clermont Auvergne

Établissement : Université Clermont Auvergne
École doctorale : Sciences Fondamentales
Laboratoire de recherche : Laboratoire Magmas et Volcans
Direction de la thèse : FRANCK DONNADIEU ORCID 0000000182931340
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59

Les panaches de cendres volcaniques représentent des menaces sociétales directes pour les populations, le trafic aérien et l'économie. Les principaux défis pour prévoir leur impact et atténuer les risques associés à la dispersion et aux chutes de cendres sont : (i) quantifier les paramètres éruptifs à la source contrôlant le comportement des panaches et essentiels pour initialiser les modèles prévisionnistes (hauteur, flux, concentrations particulaires, distribution granulométrique, champ de vitesse) ; (ii) comprendre la structuration spatio-temporelle des différentes régions du panache (colonne, zone de transition, ombrelle, nuage) sous l'effet du vent ; (iii) établir les interactions entre dynamique interne du panache et les mécanismes déclenchant la sédimentation (i.e., collective, en-masse ou individuelle). L'objectif est d'améliorer les modèles prévisionnistes d'ascension, dispersion, et d'accumulation au sol, en particulier pour les régimes éruptifs transitoires peu étudiés.
Pour répondre à ces objectifs scientifiques aux forts enjeux opérationnels et sociétaux, de puissants instruments d'investigation sont disponibles à l'OPGC-LMV (Université Clermont Auvergne). En particulier, un parc multifréquence de radars Doppler transportables bien adaptés au sondage des colonnes éruptives et panaches/nuages/retombées de cendres1-4, et plusieurs disdromètres éprouvés pour la mesure continue des chutes de cendres5-7 (https://opgc.uca.fr/volcanologie/voldorad), ainsi que différents imageurs infrarouges8 et un parc d'analyse microphysique des produits échantillonnés. Le cadre de la thèse comprend notamment un financement pluriannuel (projet ClerVolc Ambition) et des collaborations internationales bien établies (INGV, CNR, Univ. Catania, Trento, UnivPM, Oregon) en surveillance volcanologique, modélisation et dynamique des fluides.
Le travail de thèse comprendra le traitement des mesures déjà acquises avec deux radars dans la colonne (=23.5 cm) et le panache (=3.2 mm) et de nouvelles observations à acquérir selon l'activité éruptive (e.g. Etna). Il visera à quantifier les paramètres éruptifs (paramétrage) puis à interpréter les processus à l'oeuvre (paramétrisation) à l'aide de modèles disponibles d'ascension-sédimentation. Les résultats seront corrélés à l'analyse et la modélisation de la dynamique temporelle et du taux de sédimentation observés par disdromètre, en lien avec les échantillons collectés. Selon les opportunités, des mesures novatrices ou de l'échantillonnage in situ par drone (UAR OPGC) ainsi que des modélisations de la dispersion atmosphérique des produits et de l'impact sur le trafic aérien, l'environnement et le climat complèteront utilement l'étude9-10 (CNR, UnivPM, LaMP).
En pratique, nous poursuivrons d'une part nos efforts pour évaluer l'impact des variations des paramètres éruptifs mesurés en base de colonne sur la dynamique du panache, notamment à l'Etna avec notre radar de surveillance : corrélation du flux éruptif obtenu par radar avec la hauteur et l'évolution de l'ombrelle11, inter-comparaison multi-capteur, hétérogénéité spatio-temporelle de la charge particulaire, impact sur la dispersion atmosphérique des aérosols12.
Nous utiliserons d'autre part les capacités de scan radar à onde millimétrique en 2D et 3D pour caractériser l'évolution des paramètres dynamiques de la colonne et du panache à haute résolution spatio-temporelle, en déterminant pour la première fois la structuration des concentrations particulaires et des vitesses internes2. La charge en cendres peut être déduite en comparant les réflectivités radars et celles calculées à partir des mesures par disdromètre2. Ces observations fines in situ directement comparées aux modèles d'ascension/dispersion, aux taux de sédimentation5 et aux dépôts au sol permettent d'appréhender les processus internes du panache et leurs relations avec le déclenchement de la sédimentation.

En volcanologie, il existe actuellement une grande dynamique scientifique pour la mesures en temps-réel des paramètres éruptifs contrôlant le comportement des panaches de cendres en raison des forts enjeux liés à l'impact sociétal: mitigation des risques volcaniques associés sur les populations (santé), les infrastructures et services (trafic aérien), contribution à la pollution environnementale, effets climatiques. Dans ce contexte, notre radar Doppler de surveillance de l'Etna et la plateforme d'instruments transportables VOLDORAD (https://opgc.uca.fr/volcanologie/voldorad) constituent un atout important pour l'observation des éruptions volcaniques. Des collaborations actives dans le domaine observationnel multi-instrument et en modélisation (panache, dispersion, expérimentation en dynamique des fluides) fournissent un cadre solide à la thèse.

cursus scientifique
Intérêt pour les aspects techniques instrumentaux, l'inter-comparaison de capteurs
curiosité, autonomie, capacité de travail
connaissance de base en programmation python souhaitable (traitement de données)
volonté de s'impliquer dans la modélisation
Niveau d'anglais B1