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Environnement

Comprendre et atténuer les catastrophes volcaniques

Katharine cashman

Nationality American

Year of selection 2010

Institution University of Bristol

Country United Kingdom

Risk Environnement

Chairs

20 years

2218000 €

Du magma souterrain aux nuages de cendres diffus dans l'atmosphère


On estime que 10 % de la population de la planète vit aujourd'hui sur un volcan potentiellement actif, ou à proximité ; et avec la croissance démographique mondiale, de plus en plus de personnes s’installent dans des zones exposées aux aléas volcaniques. Les sociétés doivent se tenir prêtes à agir en fonction des recommandations scientifiques, et se préoccuper de réduire les risques en amont, plutôt que parier sur la chance qu’événement ne se reproduise plus.
Cependant, convaincre les collectivités de se préparer aux effets des catastrophes naturelles, en particulier des éruptions volcaniques, s’avère difficile du fait de la nature même de ces phénomènes : ils se déclarent rarement, mais leurs répercussions sont étendues. Katharine Cashman surveille de près les éruptions volcaniques explosives, provoquées par l’ascension rapide de magma saturé de gaz depuis les couches souterraines jusqu’à l’atmosphère. Les cendres sont rejetées dans la troposphère, créant des panaches de cendres qui voyagent au gré des grands systèmes météorologiques.
Actuellement, le suivi de ces panaches repose sur une combinaison d’observations satellitaires et de modèles de transport et de dispersion des cendres volcaniques. Un examen récent a toutefois pointé de graves défaillances dans les moyens de détection à distance et dans les paramètres de base qui alimentent ces modèles ; ces derniers dépendent en effet de corrélations empiriques de paramètres éruptifs (hauteur du panache, débit massique de l’éruption, charge de cendres fines), qui varient fortement d’une éruption à l’autre. Nous sommes notamment incapables de prévoir l’origine, l’abondance et les propriétés dispersives de cendres suffisamment fines pour demeurer en suspension pendant plusieurs jours. Ce constat marque une lacune fondamentale dans notre compréhension de la façon dont le magma, qui contient des composés dissous volatils dans les profondeurs de la Terre, se transforme en fines particules capables de faire le tour de la planète. Katharine Cashman entend ainsi combler cette lacune en dressant un portrait complet des systèmes volcaniques, associant les propriétés magmatiques souterraines aux caractéristiques des nuages de cendres diffus dans l’atmosphère. Son équipe de chercheurs effectuera des expériences dans des conditions de température et de pression élevées avec des matériaux de laboratoire au comportement similaire à celui du magma.


Ces travaux permettront de comprendre des phénomènes comme la cristallisation qui s’opère dans le magma, en livrant des données précises et concrètes sur ce qui se passe à des pressions et des températures considérables, hors de portée dans les entrailles de la Terre. Des expériences à température ambiante sont également prévues pour examiner les processus non observables à température et pression élevées. L’équipe va par exemple faire des essais avec du sirop de sucre roux (dont la viscosité est similaire à celle du magma) afin d’étudier le mouvement de l’air (analogue aux gaz volcaniques) à travers des fluides visqueux d’une part, des dispersions de particules dans des fluides visqueux (analogues aux cristaux) d’autre part. Ces expériences permettront d’identifier les conditions propices au dégazage, qui donne des éruptions moins explosives, ou à l’accumulation de gaz, qui accentue le caractère explosif. La nouvelle approche adoptée par le professeur Katharine Cashman et son équipe consiste à observer la manière dont les caractéristiques physiques d’un nuage de cendres volcaniques dépendent d’une série de variables internes et extensives comme la composition du magma, la température et la pression, ou la cheminée volcanique, le champ de contrainte local et la fonte de la calotte glaciaire. Ces travaux doivent durer trois ans, après quoi l’équipe espère avoir perfectionné les méthodes scientifiques de prévision du comportement des panaches volcaniques. De tels résultats profiteraient aux communautés installées près de volcans, ainsi qu’aux compagnies aériennes qui ont besoin de savoir si la sûreté des vols est assurée.
La volcanologue Katharine Cashman s’intéresse depuis longtemps au lien entre les processus chimiques qui gouvernent la formation de bulles et de cristaux dans le magma en ascension et les processus physiques qui contrôlent les éruptions volcaniques. De même, ses premiers travaux en qualité de scientifique chargée de l’information publique auprès du Bureau des études géologiques des États-Unis dans l’intervalle 1980-1986, après l’éruption du mont Saint Helens, constituent sa première approche des défis et de l’importance liés non seulement à l’amélioration de l’évaluation des risques volcaniques, mais aussi à l’élaboration de moyens de communication efficaces avec les responsables publics et les communautés. Elle a consacré l’essentiel de sa carrière à enseigner à l’Université d’Oregon aux États-Unis. Ses recherches l’ont menée au pied de volcans du monde entier, pour étudier l’écoulement de la lave à Hawaii et en Italie, des émissions de cônes de cendres au Mexique et en Oregon, des éruptions explosives en Alaska et en Équateur, ainsi que des éruptions sous-marines dans l’ouest du Pacifique.
La chaire est installée à la School of Earth Sciences (École des sciences de la Terre) de l’Université de Bristol, l’un des principaux centres de recherche et d’enseignement dans ce domaine puisqu’il figurait parmi les quatre meilleurs départements britanniques du même genre en 2001. Le périmètre de recherche est vaste et les activités sont organisées en six groupes, depuis le changement climatique et environnemental jusqu’à la paléobiologie et la géochimie ; les aléas et les risques volcaniques sont une des principales spécialités et pistes de travail du centre. La présente chaire fait également partie de l’Institut Cabot de l’Université de Bristol, qui marie les recherches fondamentale et « réactive » de l’université en matière de risques et d’incertitudes dans notre monde en mutation, qu’il s’agisse de sciences exactes, sociales ou de l’ingénieur.
En créant cette Chaire AXA en volcanologie, le Fonds AXA pour la Recherche propulse l’Université de Bristol au premier rang des programmes qui associent la recherche volcanologique fondamentale à l’examen et à la mise en œuvre des stratégies d’évaluation et de réduction des risques volcaniques. Cette entité va en outre renforcer les axes de recherche pluridisciplinaire voulus par le nouveau Centre de recherche sur les risques environnementaux de Bristol.

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