Synergie Transdisciplinaire pour Répondre aux Aléas liés...

Compte-rendu intermédiaire

Référence du formulaire : ANR-FORM-090601-02-02

Projet ANR- 14-CE03-0004_STRAP

Synergie Transdisciplinaire pour Répondre aux Aléas liés aux Panaches volcaniques

Programme CE03 2014

A IDENTIFICATION .............................................................. 2

B LIVRABLES ET JALONS ........................................................ 2

C RAPPORT D’AVANCEMENT..................................................... 5

C.1 Objectifs initiaux du projet ...................................................... 5

C.2 Travaux effectués et résultats atteints sur la période concernée ... 5

C.3 Difficultés rencontrées et solutions ........................................... 6

C.4 Faits et résultats marquants .................................................... 6

C.5 Travaux spécifiques aux entreprises (le cas échéant) .................. 7

C.6 Réunions du consortium (projets collaboratifs) .......................... 7

C.7 Commentaires libres ............................................................... 7

D VALORISATION ET IMPACT DU PROJET DEPUIS LE DEBUT .................. 8

D.1 Publications et communications ............................................... 8

D.2 Autres éléments de valorisation ............................................... 9

D.3 Pôles de compétitivité (projet labellisés) ................................. 10

D.4 Personnels recrutés en CDD (hors stagiaires) .......................... 11

D.5 État financier ....................................................................... 11

E ANNEXES EVENTUELLES .................................................... 12

Ce document est à remplir par le coordinateur en collaboration avec les partenaires du projet. Il doit être transmis par le

coordinateur aux échéances prévues dans les actes attributifs :

1. à l’ANR

2. aux pôles de compétitivité ayant accordé leur label au projet.

L’ensemble des partenaires doit avoir une copie de la version transmise à l’ANR.

Il doit être accompagné d’un résumé public du projet mis à jour, conformément au modèle associé à ce document.

Ce modèle doit être utilisé uniquement pour le(s) compte(s)-rendu(s) intermédiaire(s) défini(s) dans les actes attributifs de

financement, hors rapport T0+6 pour lequel il existe un modèle spécifique. Il existe également un modèle spécifique au compte-

rendu final.

Référence du formulaire : ANR-FORM-090601-02-02 2/30

A IDENTIFICATION

Acronyme du projet STRAP

Titre du projet Synergie Transdisciplinaire pour Répondre aux Aléas

liés aux Panaches volcaniques Coordinateur du projet

(société/organisme)

CAMMAS Jean-Pierre (OSU-Réunion)

Date de début du projet

Date de fin du projet

01/10/2014

31/03/2018

Labels et correspondants des pôles

de compétitivité

(pôle, nom et courriel du corresp.)

Site web du projet, le cas échéant http://osur.univ-reunion.fr/recherche/strap/

Rédacteur de ce rapport

Civilité, prénom, nom M. Jean-Pierre Cammas

Téléphone 02 62 93 82 18

Courriel [email protected]

Date de rédaction Mai 2016

Période faisant l’objet du rapport

d’activité

01/10/2014 – 31/03/2016

B LIVRABLES ET JALONS

Quand le projet en comporte, reproduire ici le tableau des jalons et livrables fourni au début du projet. Mentionner l’ensemble

des livrables, y compris les éventuels livrables abandonnés, et ceux non prévus dans la liste initiale.

N° Intitulé Nature

*

Date de fourniture

Partenaires (souligner le responsable)

Prévue initiale-ment

Replanifiée

Livrée

WP1

Effective execution of the project in due

time Livrable 2018

OSU-Réunion (Cammas J.-P.)

OPGC

(Bachelery P.)

Valorisation of results : movies (Piton

de la Fournaise & Etna) Livrable 2017

LACy (Portafaix T.)

DUN/Univ. Réunion

mailto:[email protected]



* Date de fourniture


WP2A

Source data collection and lava

flows modelling Jalon 2016

LMV/OPGC (Gouhier M.)

OPGC

(Bachelery P.)

IPGP (Kaminski E.)

IPGP/OVPF

(Villeneuve N., Di Muro A.)

LA/OMP (Mari C.)

Parameterization of volcanic deposits

and pyroclastic component of the plume

from field campaigns

Livrable 2017

Isopach maps and volume estimation of

lava flows using satellite

measurements

Livrable 2017

Lava flow heat flux modelling for

convective model parameterization from

field campaigns

Livrable 2017

WP2B

Measurements of gas and aerosols from

small size volcanic plumes Jalon 2016

Parameterization of near-vent pyroclasts

and report on the dynamical

evolution of a plume from vent to

stagnation point from field campaigns

Livrable 2017

Source magma volatile budget

(composition, fluxes) and Pre-eruptive

concentration – link with height of lava

fountains from field campaigns

Livrable 2017

Near-vent turbulence characteristics, gas

and aerosol budgets (insight of

Sulfur excess problem) from field

campaigns

Livrable 2017

WP2C

Dense convective plumes:

measurements and modelling Jalon 2017

Plume height injection and source mass

eruption rate Livrable 2018

Fine ash characterization from satellite

observations Livrable 2018

Real-time monitoring for early warning

and continuous tracking of ash cloud

from space borne data

Livrable 2018

Report on a new parameterization of

volcanic plume injection heights for

regional and global atmospheric models

Livrable 2018



* Date de fourniture


WP3A

Observation of the plume aging during

its dispersion stage Jalon 2017

LACy (Tulet P.)

LaMP (Sellegri K.)

LA (Mari C.)

Report and database on atmospheric

data from field campaign at PdF Livrable 2017

Report and database on atmospheric

data from field campaign at

Etna/Stromboli

Livrable 2017

Report and/or scientific paper on

comparison between aircraft observation

data of SO2, H2SO4, and aerosol

extinction with retrievals products from

IASI and CALIPSO.

Livrable 2017

Scientific paper and open source

parameterization of the particle

nucleation in

volcanic plume environment

Livrable 2017

WP3B

Nucleation parameterization in volcanic

plume Jalon 2017

Cloud-processing parameterization and

gas-particles partitioning integrating

halogens

in the open source Meso-NH

Livrable 2017

Numerical modelling of aerosol

formation, aging and deposition Jalon 2017

Parameterizations of plume aging (gas

and aerosols) for security operational

model (VACC, air quality models).

Livrable 2018

WP3C

Air quality simulation and observation

associated to volcanic plumes Jalon 2017

Report on hourly surface distribution of

pollution (sulphur, fine particles) during

the most important eruptive period, in

function of air quality European levels

Livrable 2018

Volcanic plume parameterisation for

operational VACC and MACC models Jalon 2017

Report and scientific publication on dry

and wet deposition distribution of acid,

aerosols (fine and accumulation modes)

and ash (coarse mode).

Livrable 2018

* jalon, rapport, logiciel, prototype, données, …


C RAPPORT D’AVANCEMENT

C.1 OBJECTIFS INITIAUX DU PROJET

Maximum 10 à 20 lignes.

STRAP est un projet collaboratif transdisciplinaire sur les risques associés aux panaches volcaniques. Les

panaches volcaniques sont source de forts risques environnementaux, économiques et sociétaux.

Améliorer notre capacité de modéliser la genèse, la dispersion et l’impact d’un panache volcanique est

donc un défi pour les scientifiques et une donnée majeure pour les décideurs. L’atténuation de ce risque

volcanique repose sur des communications et des interactions efficaces entre acteurs scientifiques clés. Le

but final est de maîtriser pleinement les termes sources d’origine volcanique à introduire dans les modèles

atmosphériques pour simuler l’ascension, le transport et la dispersion dans l’atmosphère des cendres et des

gaz volcaniques. Ce projet vise à déployer une approche intégrée pour étudier, analyser et simuler les

processus de formation et de vieillissement des panaches volcaniques pendant leur transport, depuis leur

source jusqu’aux régions de dispersement. L’objectif scientifique principal est de réduire les incertitudes

dans la caractérisation des termes sources. Une première tâche sera de construire un schéma numérique de

la convection volcanique pour un modèle météorologique, en se basant sur trois actions : études de terrain

des dépôts de matériaux pyroclastiques, études des panaches volcaniques diffus, et à mélanges gaz-

particules denses. La seconde tâche sera d’analyser l’évolution des propriétés physico-chimiques et

optiques des panaches et leurs fluctuations locales et régionales. La tâche finale sera de combiner les deux

précédentes en tenant compte précisément d’autres sources externes complexes (e.g. les sources de chaleur

et la convection atmosphérique forcée par l’écoulement des laves sous un panache). Le but principal est

d’intégrer tous ces processus dans un modèle météorologique. Un des livrables de cet objectif final

concerne une meilleure analyse des risques environnementaux et sanitaires pour les populations exposées

aux concentrations de gaz et particules des panaches.

C.2 TRAVAUX EFFECTUES ET RESULTATS ATTEINTS SUR LA PERIODE CONCERNEE

Maximum 1 page. Travaux et résultats obtenus pendant la période concernée, conformité de l’avancement des travaux avec le

plan initialement prévu. Prévision de travaux pour la (les) prochaine(s) période(s).

Un comité de coordination du projet STRAP comprenant 8 personnes a été mis en place

(Cammas JP (OSU-R), Bachelery P. (OPGC), Mari C. (LA/OMP), Gouhier (LMV/OPGC),

Kaminski E. (IPGP), Villeneuve N. (OVPF/IPGP), Sellegri K. (LaMP/OPGC) et Tulet P.

(LACy/OSU-R). Le site web du projet est hébergé par l’OSU-R (http://osur.univ-

reunion.fr/recherche/strap/).

Après 41 mois d’interruption et de déflation, la reprise fin 2014 des éruptions du Piton de La

Fournaise a été associée à une impulsion magmatique dans le système profond, à une perturbation

du système hydrothermal et à l’affaiblissement de la cohésion de l’édifice, favorisant l’occurrence

de fréquentes activités éruptives d’intensités croissantes pendant la phase de recharge du magma

en profondeur (Peltier et al., 2016). Les tâches des WP2 et WP3 impliquant du travail et des

observations sur le terrain ont donc pu être menées à bien. La plupart des séquences du film de

valorisation ont pu être tournées sur le Piton de la Fournaise (WP1).

Pour le WP2A, le LMV/OPGC a travaillé en collaboration avec l’OVPF/IPGP pour mener à bien

les analyses de texture, géochimiques et pétrologiques des échantillons pyroclastiques effusifs

pendant l’activité du Piton de la Fournaise en 2014-2015. Dans le même temps, la dynamique des

coulées de lave a pu être finement documentée par de fréquentes images satellite, conduisant à

des estimations de taux de décharge moyens de 30-40 m3s-1.

Pour le WP2B, des mesures de composition et de flux de gaz ont pu être menées avec les stations

DOAS de l’OVPF à chaque éruption de 2015. Jusqu’à 115 scans par jour du panache volcanique

ont pu être validés et serviront à estimer l’épaisseur optique en SO2, la hauteur d’injection du

http://osur.univ-reunion.fr/recherche/strap/



panache dans l’atmosphère, et la direction de dispersion. Les flux de dioxyde de souffre ont été

calculés par intégration de la section droite du panache avec les vitesses de vent mesurées par

Météo-France.

Pour les WP2B et WP3A, des jeux de données uniques de mesures combinées (volcanologiques

et atmosphériques) ont pu être récoltés grâce aux collaborations entre les partenaires OVPF,

OSU-R, LACy et OPGC. Un outil prévisionnel innovant pour suivre la dispersion du panache

volcanique a été utilisé en temps réel pour guider les expériences de terrain. Des mesures

atmosphériques sans précédent pour La Réunion ont été acquises, soit in-situ par ULM et à

l’observatoire du Maïdo (SO2 et aérosols), soit par télédétection (lidar aérosols mobile sur

pickup). Un impact significatif des éruptions 2015 a pu être montré sur les concentrations

mensuelles moyennes en particules ultrafines mesurées à l’observatoire du Maïdo (Foucart et al.,

en préparation).

Pour le WP3A, une exploitation de ce jeu unique de données est en cours pour définir une

paramétrisation de nucléation à introduire dans le modèle Méso-NH pour évaluer l’impact sur

la composition de l’atmosphère à plus grande échelle.

Concernant les travaux des WP2B et WP2C sur le volcan Stromboli, des mesures sans précédent

ont été acquises avec une caméra hyper-spectrale permettant la détection des signatures de

dioxyde de souffre et de cendres (silicate de la taille 10-12µm), et de projections balistiques à des

résolutions temporelles jusqu’à 1000 Hz en utilisant le mode d’interféromètre.

En modélisation, pour le WP2C, de nouvelles investigations ont été menées par le partenaire LA

pour améliorer la paramétrisation de convection peu profonde des panaches volcanique avec le

modèle Méso-NH en se basant sur le travail séminal de Silvia et al. (2015), et en collaboration

avec l’IPGP. Ces améliorations se basent sur la distinction entre les régions d’impulsion de la

masse, de la convection et du panache. Des relations entre le coefficient d’entrainement et la

fraction solide du panache sont en test.

La prochaine période sera marquée par les campagnes aéroportées et de terrain sur l’Etna en juin

2016, les préparatifs ont débuté depuis quelques mois. Les travaux d’analyse des données et de

modélisation des éruptions de 2015 à La Réunion se mettent en place.

C.3 DIFFICULTES RENCONTREES ET SOLUTIONS

Maximum 10 à 20 lignes. Difficultés éventuelles rencontrées et solutions de remplacement envisagées ex : impasse technique,

abandon d’un prestataire, maîtrise des délais, maîtrise des budgets. Faut-il revoir le contenu du projet ? Faut-il revoir le

calendrier du projet ?

WP3A : Suite aux fréquentes et longues éruptions du Piton de la Fournaise en 2015, une rallonge

au budget du partenaire LACy pour les observations par ULM du panache volcanique aurait

permis d’acquérir d’autres mesures pertinentes (demande de rallonge restée sans réponse).

WP3A : L’accès au site de l’ETNA doit être entrepris en étroite collaboration avec l’INGV-

Catagne car il est soumis à autorisation et à l’utilisation de véhicules dédiés. Ces contraintes

imposent une logistique lourde en terme administratif, et pour l’instant, l’accès au cratère pour

mener à bien les vols drone n’est pas assuré.

C.4 FAITS ET RESULTATS MARQUANTS

En quelques lignes pour chaque fait ou résultat marquant. Cet élément pourrait donner lieu à communication, après accord

du coordinateur du projet.


La reprise de l’activité du Piton de La Fournaise à La Réunion après plusieurs années de quiétude

est en soi un fait marquant qui a déclenché de très bonnes opportunités de mesures de terrain.

Ensuite, c’est essentiellement la synergie entre les partenaires (OVPF, LACy, OSU-R et

LaMP/OPGC) qui a permis l’acquisition de jeux de données de valeurs exceptionnelles pour

mener les études interdisciplinaires prévues par le programme. L’investissement sur le terrain a

donc donné de remarquables jeux de données en cours d’analyses. L’outil prévisionnel de

dispersion du panache volcanique mis en place à La Réunion servira aussi pour les phases terrain

sur le volcan Etna.

C.5 TRAVAUX SPECIFIQUES AUX ENTREPRISES (LE CAS ECHEANT)

Entreprise xxx

Maximum 10 à 20 lignes par entreprise. Pour chaque entreprise du consortium, décrire les activités dans le projet, en se

concentrant sur les apports, collaborations et perspectives liés au projet. Préciser notamment les perspectives d’application

industrielle ou technologique, de potentiel économique et commercial, d’intégration dans l’activité industrielle, etc.

Entreprise Xxx

Rédacteur (nom + adresse mél)

…

C.6 REUNIONS DU CONSORTIUM (PROJETS COLLABORATIFS)

Date Lieu Partenaires présents Thème de la réunion

01/10/2014 Visio-conf. Tous Réunion de démarrage du projet

Fréquentes

réunion en

Février, Mai,

Juillet et

Septembre

2015 suite

aux

éruptions du

Piton de la

Fournaise

Visio-conf. OSU-R, LACy, OVPF,

LaMP

Briefings quotidiens / hebdomadaires

pour programmation des mesures de

terrain et mesures aéroportées

04/12/2015 Visio-conf. Tous Assemblée générale

25/01/2016 Visio-conf. Tous Préparation campagne ETNA 2016

10/02/2016 Viso-conf. OSU-R, OPGC, LaMP,

LMV

Préparation campagne ETNA 2016

C.7 COMMENTAIRES LIBRES

Commentaires du coordinateur

Commentaire général à l’appréciation du coordinateur, sur l’état d’avancement du projet, les interactions entre les différents

partenaires…

Remarquable synergie des partenaires pour la phase de terrain sur le volcan Piton de la

Fournaise.

Commentaires des autres partenaires


Éventuellement, commentaires libres des autres partenaires

…

Question(s) posée(s) à l’ANR

Éventuellement, question(s) posée(s) à l’ANR…

…

D VALORISATION ET IMPACT DU PROJET DEPUIS LE DEBUT

Cette partie rassemble des éléments cumulés depuis le début du projet qui seront suivis tout au long de son avancée, et repris

dans son bilan final.

D.1 PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS

Citer les publications résultant du projet en utilisant les normes habituelles du domaine. Si la publication est accessible en

ligne, préciser l’adresse. L’ANR encourage, dans le respect des droits des co-auteurs et des éditeurs, à publier les articles

résultant des projets qu’elle finance dans l’archive ouverte pluridisciplinaire HAL : http://hal.archives-ouvertes.fr/

Attention : éviter une inflation artificielle des publications, mentionner uniquement celles qui résultent directement du projet

(postérieures à son démarrage, et qui citent le soutien de l’ANR et la référence du projet).

Liste des publications multipartenaires (résultant d’un travail mené en commun)

International

Revues à comité de lecture

1. Lucia Gurioli, Andrea Di Muro, Ivan Vlastelic,

Guillaume Boudoire, Marina Valer, Séverine Moune,

Patrick Bachelery, Aline Peltier, Nicolas Villeneuve,

Sebastian Ellebrand, Simone Jordan, Christophe

Constantin, Jean-Luc Devidal, Claire Fonquernie,

Jean-Marc Hénot, Mhammed Benbakkar, Field,

textural and geochemical monitoring at Piton de La

fournaise: The case study of the “opening eruption” of

2014 in prep for EPSL

2. Maéva Rhéty, Andrew Harris, Nicolas Villeneuve,

Lucia Gurioli, Etienne Médard, Patrick Bachélery

Flow field construction during the 2007 eruption of

Piton de la Fournaise: The roles of mass partitioning,

cooling and crystallisation in prep for Bull. Volcanol. Ouvrages ou chapitres d’ouvrage

1. 2.

Communications (conférence)

1. Di Muro, A., Arellano, S., Aiuppa, S., Bachelery, P.,

Boudoire, G., Coppola, D., Ferrazzini, V., Galle, B.,

Giudice, G., Gurioli, L., Harris, A., Liuzzo, M.,

Métrich, N., Moune, S., Peltier, A., Villeneuve, N.,

Vlastelic, I., 2016. Eruption and degassing dynamics

of the major August 2015 Piton de la Fournaise

eruption. Geophysical Research Abstracts 18, Abstract

EGU2016-5074, Vienna, EGU 2016.

2. Gurioli L, Vlastelic I, Di Muro A, Boudoire G, Moune

S, Bachelery P, Villeneuve N "The June 2014 eruption

of Piton de la Fournaise: Insights from field, textural

and geochemical data" Vol. 17, EGU2015-345, EGU

http://hal.archives-ouvertes.fr/


General Assembly 2015

France


1. 2.

Ouvrages ou chapitres d’ouvrage

1. 2.


1. Gurioli L, Vlastelic I, Di Muro A, Boudoire G,

Moune S, Valer M, Bachelery P & Villeneuve N “The

June 2014 eruption of Piton de la Fournaise: Insights

from field, textural and geochemical data” Journée

scientifique "L'île de la Réunion et son contexte"

IPGP, 22 Mars 2015, Paris

2. Bachèlery P., Gurioli L., Vlastelic I., Valer M., Thivet

S., Di Muro A., Boudoire G., Peltier A. Villeneuve N.,

Présentation des données géologiques à La Réunion,

Journée scientifique "Les données d’observation des

volcans" IPGP, 10 April 2015, Paris

Actions de diffusion

Articles de vulgarisation

1. 2.

Conférences de vulgarisation

1. 2.

Autres

1. 2.

Liste des publications monopartenaires (impliquant un seul partenaire)

International


1. Peltier, A., F. Beauducel, N. Villeneuve, V.

Ferrazzini, Di Muro, A. Aiuppa, A. Derrien, K.

Jourde, and B. Taisne (2016), Deep fluid transfers

evidenced by GNSS, example of the 2014-2015 unrest

at Piton de la Fournaise volcano, submitted to

Frontiers in Earth Science, Volcanology. In press

2.


1. 2.


1. Smekens, J-F., and Gouhier, M. (2015): Observation of

Passive and Explosive Emissions at Stromboli with a

Ground-based Hyperspectral TIR Camera. Abstract

V51D-3056 presented at the 2015 Fall Meeting, AGU,

San Francisco, Calif., 14-18 Dec. 2.

France


1. 2.


1. 2.

Communications

(conférence)

1.

2.

Actions de diffusion

Articles de vulgarisation

1. 2.

Conférences de vulgarisation

1. 2.

Autres

1. 2.

D.2 AUTRES ELEMENTS DE VALORISATION

Les éléments de valorisation sont les retombées autres que les publications. On détaillera notamment :

- brevets nationaux et internationaux, licences, et autres éléments de propriété intellectuelle consécutifs au projet.

- logiciels et tout autre prototype

- actions de normalisation

- lancement de produit ou service, nouveau projet, contrat,…

- le développement d’un nouveau partenariat,


- la création d’une plate-forme à la disposition d’une communauté

- création d’entreprise, essaimage, levées de fonds

- autres (ouverture internationale,..).

Ce tableau détaille les brevets nationaux et internationaux, licences, et autres éléments de valorisation consécutifs au projet,

du savoir-faire, des retombées diverses en précisant les partenariats éventuels. Voir en particulier celles annoncées dans

l’annexe technique.

Liste des éléments. Préciser les titres, années et commentaires

Brevets internationaux obtenus

1. 2.

Brevet internationaux en cours d’obtention

1. 2.

Brevets nationaux obtenus

1. 2.

Brevet nationaux en cours d’obtention

1. 2.

Licences d’exploitation (obtention / cession)

1. 2.

Créations d’entreprises ou essaimage

1. 2.

Nouveaux projets collaboratifs

1. 2.

Colloques scientifiques

1. 2.

Autres (préciser)

1. 2.

D.3 POLES DE COMPETITIVITE (PROJET LABELLISES)

Pour les projets labellisés par un ou plusieurs pôles de compétitivité,

Collaboration du projet avec le(s) pôle(s) ayant labellisé

Quelles collaborations y a-t-il eu entre votre projet et le(s) pôle(s) de compétitivité l’ayant labellisé ?

…

Activités financées par le complément de pôle (laboratoires publics uniquement)

Détailler les activités réalisées par les laboratoires publics avec le complément de financement accordé au titre de la

labellisation. Préciser notamment les partenaires impliqués et la collaboration menée avec le ou les pôles.

Montant du complément accordé par l’ANR (pour chaque labo public)

- Partenaire XXX : xxx €

- Partenaire YYY : yyy €

Type d’action menée Détails

(exemples non limitatifs) Dépenses

complément de pôle*

Actions contribuant à la réflexion stratégique et à la programmation scientifique

du pôle

Ex : Participation aux journées thématiques organisées par le pôle

Xxx : xxy € Yyy : yyy €

Actions de communication scientifique et publique bénéficiant à la notoriété du pôle

Ex : colloque de projets Xxx : xxy € Yyy : yyy €

Développement de la recherche partenariale (recherche de partenaires, frais de gestion du partenariat, ingénierie de projets,...)

Ex : accord de consortium, frais de formation à la propriété intellectuelle, à la gestion de projets, dépenses relatives au montage du projet

Xxx : xxy € Yyy : yyy €

Valorisation de la recherche et transfert vers le monde

Ex : étude de brevetabilité Xxx : xxy € Yyy : yyy €


industriel

* Estimation des dépenses imputées sur le complément de financement accordé au titre de la labellisation par un pôle de compétitivité, partenaires publics seulement.

D.4 PERSONNELS RECRUTES EN CDD (HORS STAGIAIRES)

Ce tableau dresse le bilan du projet en termes de recrutement de personnels non permanents sur CDD ou assimilé. Renseigner

une ligne par personne embauchée sur le projet quand l’embauche a été financée partiellement ou en totalité par l’aide de

l’ANR et quand la contribution au projet a été d’une durée au moins égale à 3 mois, tous contrats confondus, l’aide de l’ANR

pouvant ne représenter qu’une partie de la rémunération de la personne sur la durée de sa participation au projet.

Les stagiaires bénéficiant d’une convention de stage avec un établissement d’enseignement ne doivent pas être mentionnés.

Des données complémentaires sur le devenir professionnel des personnes concernées seront demandées à la fin du projet. Elles

pourront faire l’objet d’un suivi jusqu’à 5 ans après la fin du projet.

Identification Avant le recrutement sur le projet Recrutement sur le projet

Nom et prénom

Sexe H/F

Adresse email (1)

Date des dernières nouvelles

Dernier diplôme obtenu au moment du recrutement

Lieu d'études (France, UE, hors UE)

Expérience prof. antérieure (ans)

Partenaire ayant embauché la personne

Poste dans le projet (2)

Date de recrutement

Durée missions (mois) (3)

WEBB Thomas

H [email protected]

Doctorat UE 1 UPS Post-doc 01/09/2015

Aide pour le remplissage

(1) Adresse email : indiquer une adresse email la plus pérenne possible

(2) Poste dans le projet : post-doc, doctorant, ingénieur ou niveau ingénieur, technicien, vacataire, autre (préciser)

(3) Durée missions : indiquer en mois la durée totale des missions (y compris celles non financées par l’ANR) effectuées ou

prévues sur le projet

Les informations personnelles recueillies feront l’objet d’un traitement de données informatisées pour les seuls besoins de

l’étude anonymisée sur le devenir professionnel des personnes recrutées sur les projets ANR. Elles ne feront l’objet d’aucune

cession et seront conservées par l'ANR pendant une durée maximale de 5 ans après la fin du projet concerné. Conformément

à la loi n° 78-17 du 6 janvier 1978 modifiée, relative à l'Informatique, aux Fichiers et aux Libertés, les personnes concernées

disposent d'un droit d'accès, de rectification et de suppression des données personnelles les concernant. Les personnes

concernées seront informées directement de ce droit lorsque leurs coordonnées sont renseignées. Elles peuvent exercer ce droit

en s'adressant l'ANR (http://www.agence-nationale-recherche.fr/Contact).

D.5 ÉTAT FINANCIER

Donner un état indicatif de la consommation des crédits par les partenaires. Indiquer la conformité par rapport aux prévisions

et expliquer les écarts significatifs éventuels.

Nom du partenaire Crédits consommés (en %)

Commentaire éventuel

OSU-R / Université Réunion 18

LACy / Université Réunion 20 Un CDD de 18 mois sera à engager à partir de fin 2016

LA / Université Paul Sabatier 23 Salaires de Mars et Avril non encore déversés sur le logiciel comptable

LaMP / CNRS 65 Transfert en cours : le Partenaire 4 (LaMP-CNRS) recevra la somme de 15624 € de la part du Partenaire 2 (LACy – Univ. Réunion)

OPGC / Université Blaise Pascal 18 Appel d’offre en cours pour acquisition de matériel ce qui portera le pourcentage de crédits consommé


autour de 63%

IPGP 17 Dépenses : 3470€. Budget du partenaire : 20800€. Budget reçu sur la période du rapport: 6656€

LMV / Université Blaise Pascal 31 Campagnes de mesures + petits équipements + congrès scientifiques

E ANNEXES EVENTUELLES

E.1 RAPPORT DU PARTENAIRE : OSU-R (UNIVERSITE DE LA REUNION)

L’OSU-R assure la coordination du programme, l’organisation des réunions de travail entre

partenaires et la gestion du site web (http://osur.univ-reunion.fr/recherche/strap/).

Concernant la valorisation des résultats, les séquences de tournage d’un film scientifique sur les

actions des partenaires du programme pendant les éruptions 2015 du Piton de la Fournaise ont été

tournées en 2015 et sont en cours de montage. Les préparatifs de tournage pour la campagne

expérimentale sur le volcan Etna ont commencés. Ce film qui présente les scientifiques sur le

terrain et dans les laboratoires aura pour objectifs d’introduire à un large public les risques

associés aux éruptions volcaniques, la complexité des travaux interdisciplinaires pour traiter d’un

objet géophysique comme le panache du volcan, et les progrès scientifiques enregistrés par le

projet.

E.2 RAPPORT COMMUN DES PARTENAIRES: LACY (UNIVERSITE DE LA REUNION) ET LAMP-

CNRS

La première partie du programme visait essentiellement à conduire une campagne d'observation

des panaches de gaz volcanique du Piton de la Fournaise (La Réunion). Les moyens techniques de

l'OPAR/OSU-R (LACy et UMS3365) et de l'OVPF ont été mis à contribution sur alerte volcanique

pendant l'année 2015. Des collaborations avec le CNRM, le LaMP (mesures ULM et à l'observatoire

du Maido) et avec l'agence de la qualité de l'air ORA, ont été mis en place dès Septembre 2014.

Parallèlement, la période fin 2015 et début 2016 visait à mettre en place la campagne d'observation

aéroportée sur l'Etna (Italie) prévue mi-2016.

La première partie du programme a consisté à mettre en place et assurer les observations

atmosphérique et volcanologique des panaches volcaniques du Piton de la Fournaise. Deux

éruptions majeures en Mai et en Août-Octobre 2015 ont été documentées par des mesures ULM,

LIDAR, DOAS et in-situ via des prélèvements lave des mesures de dioxyde de soufre à la surface

et à l'observatoire du Maido. Les mesures effectuées sont nombreuses et plusieurs situations de

panaches ont été bien documentés à la fois par des mesures ULM (SO2, particules fines) par lidar

aérosols (extinction) et sur l'observatoire du Maido (processus de nucléation). Près de 10000 profils

LIDAR effectués entre le 18 Mai et le 19 Octobre 2015 sont exploitables. 18 vols par ULM ont été

effectués entre le 19 Mai et le 18 Septembre 2015. Des niveaux très important en SO2 excédant les 2

ppm ont été mesurés à plus de 10 km du cratère par l'ULM. En surface les teneurs en SO2 ont

dépassé à plusieurs reprises les 1000 µg/m³. Des simulations FLEXPART de trajectoire et de

diffusion du panache (Figure 2.1) ont été effectuées sur l'ensemble des périodes d'activité du

volcan (84 jours). Un article de synthèse de la campagne sur le Piton de La Fournaise est en cours

d'écriture.



Figure 2.1 : Évolution diurne à 00, 06, 12 et 18 UTC de la charge en SO2 normalisée simulée par

FLEXFIRE et moyennée sur la période entre le 24 Août à 00 UTC et le 31 Octobre à 23 UTC.

Un article sur la nucléation des aérosols basé sur les observations de l’observatoire du Maido est

en préparation. Le résultat marquant de cet article porte sur la mise en évidence de l’impact

significatif des périodes éruptives sur les taux de nucléation moyens mensuels dans l’atmosphère

représentative de l’océan indien (Figure 2.2).


Fig. 2.2 : Monthly means of nucleation rates (# cm-3 s-1) over the year 2015 when exluding (or not)

the piton de la Fournaise (pdF) plume periods.

Pour la campagne de mesures dédiée à l'Etna, la disponibilité de l'ATR-42 impose des mesures

aéroportées entre le 8 Juin et le 22 Juin 2016. Des mesures drones sont en train d'être testées. Un

choix de site de mesures in-situ a été rendu complexe par l’inaccessibilité du site de l'observatoire

Pizzi Deneri (en rénovation), mais une alternative a été trouvée à ‘observatoire Serra La Nave en

collaboration avec l’INGV et l’INAF (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) pour une

période d’observation étendue (juin-octobre 2016).


E.3 RAPPORT COMMUN DES PARTENAIRES LA/UPS ET (IPGP)

WP2C Dense convective plumes: measurement and modelling

C.2 Plume injection heights for regional and global atmospheric models

LA/UPS: The objective is about the development of a new parameterization of volcanic plume

injection heights. Based on the seminal work of Sivia et al. (2015), new developments are being

investigated to improve the parameterisation of shallow convection of volcanic plumes with the

Meso-NH model. It is achieved by the distinction between mass thrust, convective and saturated

plume regions. Relationships relating to the entrainment coefficient and solid fraction of the plume

are tested. The new parameterisation is developed and tested in 'R'. It is a collaborative work

between LA et IPGP.

IPGP: Un post-doctorant, Thomas WEBB, a été recruté au laboratoire d'aérologie de Toulouse en

octobre 2015 pour travailler sur l'interfaçage entre les modèles de circulation atmosphérique méso-

échelle et les modèles de panaches volcaniques d'échelle locale. Une mission a été organisée à

Toulouse le 3 décembre 2015 (voyage Paris-Toulouse d'Edouard Kaminski) pour arrêter une

stratégie de développement d'un modèle mixte incorporant une source volcanique dans un modèle

Meso-NH et indiquer les directions de travail principales pour Thomas WEBB. À la fin du

premier trimestre 2016, Thomas WEBB maîtrise le modèle Meso-NH et a développé et validé un

modèle numérique pour les jets purs qui servira de base à la suite de l'implémentation de la source

volcanique (Figure 3.1) . Il travaille actuellement sur les jets forcés - cas similaire à l'écoulement

produit lors d'une éruption explosive - se développant dans un milieu stratifié. Les tests de

validation par confrontation aux lois d'échelle reliant hauteur d'injection et débit éruptif, telles

qu'établies dans des études précédentes, sont actuellement en cours. Une mission de Thomas

WEBB de Toulouse à Paris sera organisée avant l'été pour finaliser la validation du code.

Figure 3.1: prédiction d'après le modèle de Thomas WEBB de l'évolution de la vitesse d'ascension

dans un panache volcanique dominé par la quantité de mouvement à la source et remontant dans

une atmosphère homogène. Ce calcul numérique est par ailleurs validé par comparaison avec la

solution analytique.


E.4 RAPPORT DU PARTENAIRE: OPGC (UNIVERSITE BLAISE PASCAL)

In the frame of field measurements devoted to the deliverables of STRAP work package 2A,

LMV/OPGC has worked in collaboration with the Observatoire volcanologique du Piton de la

Fournaise (OVPF) to perform textural, geochemical and petrological analyses on the pyroclastic

and effusive samples of the activity at Piton de la Fournaise (PdF) spanning 2014 through 2015.

Seven field trips (for a total of 68 days, Table 1) have been performed by the different members of

the OPGC/LMV team to sample, track and understand on-going and past activity.

Name Period Duration Objectives

Gurioli November 2014 14 Sampling of the 2014 products and Chisny products

Moune November 2014 7 Degassing studies

Harris January 2015 4 Sampling of the 2007 and 2010 lava flows

Bachelery June 2015 9 Sampling February and May 2015 lava flows,

sampling Piton Haüy

Harris* July 2015 10 Syn-eruptive sampling of the 2015 July eruption,

lava flow thermal and GPS survey.

Gurioli October 2015 14 Discussion and in-situ study of the 2015 samples

Harris February 2016 10 Sampling of 2010 lava flow

*Note: this trip was not covered using STRAP funds.

For each eruption we performed: (i) grain size measurements of bombs + lapilli and ash events, (ii)

morphological measurements for lapilli and coarse ash componentry analyses of the juvenile

components, (iii) density and porosity measurements of bombs, coarse and fine lapilli and lava

fragments, (iv) measurements of DRE from crushed scoria and lava, (v) connectivity and

percentage of isolated vesicles for bombs, coarse and fine lapilli and lava fragments (vi)

permeability measurements for selected samples from 2014 and 02/2015 (vii) glass and bulk

chemistry of selected juvenile fragments and quenched lava (viii) mineral characterization of the

different phases, (ix) bulk rock geochemistry measurements and (x) melt inclusion analyses within

the 2014 different juvenile components.


For the July 2015 event, we were also able to collect calibrated thermal video and GPS ground-

control point information at four stations down the channel, with measurements made simultaneous

with sampling. We have also focused on two recent, well-observed, events (the 2007 and 2010

eruptions) to obtain samples and in-situ channel dimension measurements to better constrain, and

model, lava flow dynamics.

Main textural results

We now present the main results obtained from the detailed textural studies performed during the two short-

lived eruptions of 2014 (Gurioli et al. 2015; Gurioli et al. in prep) plus the short-lived eruption of July 2015

(Thivet 2016). Textural work is still in progress for the most recent activity of August-October 2015

(Bachelery et al. 2016).

During the three short-lived eruptions analysed so far, the juvenile component was characterized by three

groups of scoria: (i) spiny-opaque, (ii) spiny-iridescent, and (iii) fluidal, along with golden pumice. Density

analyses performed on 200 coarse lapilli revealed a correlation between porosity and morphology, where the

spiny-opaque clasts were the densest (up to 1.60 × 103 kg m

-3, for a vesicularity of 45 %); the golden pumice

were the lightest (minimum density of 0.4 × 103 kg m

-3 for a vesicularity of up to 86 %; DRE: 2.88 × 10

3 kg

m-3

). The increase in vesicularity correlated with an increase in the number of small vesicles and a decrease

in the large, coalesced vesicles. Likewise, the spiny opaque scoria had the lowest number of vesicles per unit

volume (Nv = 103 mm

-3), and the golden pumice had the highest Nv (10

4 mm

-3). The connectivity data also

indicated that the fluidal and golden (Hawaiian-like) clasts had more isolated vesicles (which accounted for

up to 40 % of the population) than the spiny (strombolian-like) clasts (0-5 %).

The strong variation in density was controlled not only by the vesicularity, but also by the crystal content.

While the densest, spiny opaque fragments were the richest in microphenocrysts and microlites of

plagioclase, pyroxene and olivine, the golden pumice had a maximum crystal content of of just 4 %. This

latter value compares with a total crystallinity (corrected for the vesicularity) that ranged from 28 to 38 % in

the spiny opaque fragments.

The glass chemistry of each of the four clast types allowed us to correlate porosity and oxide content with the

above results. We found that, while MgO increases (from 4 to 6 %) with porosity, FeOt decreases (from 18

down to 11 %). This is evidence for a less evolved signature in the least dense component. The spiny-opaque

fragments are always mingled with fresher, microlite-poor magma at their edges. The observed trends can be

explained by variation in magma degassing and ascent velocity. We interpret the fluidal and golden

fragments to be associated with the least degassed magma that underwent the most rapid ascent. It may

represent volatile-rich foam accumulation at the top of the active dike(s). Decompression of this “gas-rich”

upper part of the system can be triggered by each eruption, and then underwent rapid decompression as is

apparent from the large number of small vesicles, low microphenocryst content and lack of microlites. The

densest, spiny scoriae thus represent the crystal-rich, lower part of these shallow stratified dikes. The texture


of these clasts resembles that of lava samples that characterise the main volume erupted; a portion that is

erupted in an effusive manner.

Chemistry results

Glass and minerals in the samples (pyroclastes and lava) from the 2014 and 2015 eruptions were

analysed with the scanning electron microscopy and electron probe micro analysis facilities at

Laboratoire Magmas et Volcans (Clermont-Ferrand) in order to characterise the chemical changes

of the magma.

Pre-eruptive volatile budget will be quantified via analysis of melt inclusions trapped in phenocrysts

and by assessing, and modelling, mineral phase equilibria. The analyses of matrices will be used to

constrain residual volatile contents after magma degassing. Melt inclusions (MIs) for the 2014

eruptions have already been analysed for both major and volatile elements, and the 2015 samples

are currently under analysis. The MIs from the 2014 eruptions have unusually high Fe

concentrations. This could be related to the S behaviour in the magmatic system. To better constrain

the volatile budget, these MI data have been modelled and compared to actual gas measurements,

where the in-situ gas measurements were performed using a portable MultiGAS at the vent.

Combining gas-MI data is currently the work of a M2R student at LMV (R. Spallanzani) co-

supervised by S. Moune (LMV) and A. Di Muro (the student spent 4 months at OVPF between

January and April 2016). The results will allow constraint of the degassing path for magma

ascending through, and residing in, the volcanic edifice of Piton de la Fournaise.

Lava flow results

During January 2015 and February 2016 lava channels in the 2007 and 2010 flow fields were

sampled to allow constraint and reconstruction of the lava thermo-dynamics. Channels were

described in terms of their morphology and dimensions, and sampled collected roughly every 25-50

down channel. Samples were then analyses for vesicularity and crystallinity, and glass chemistry

was used to retrieve temperature using a geothermometer developed for PdF as part of this project.

Results when then used to understand the down-flow cooling, crystallisation, rheological and

dynamic properties of the lava, and to relate these to external factors, such as slope, cooling- and

volume-limits, to understand the control on lava flow length. In doing this, all results were fitted

using a version of FLOWGO initialised for the thermo-rheological conditions of PdF.

The analysis of the data for the 2007 lava flow field contributed to the M2R thesis of M. Rhéty

which was submitted in June 2015 (LMV-based: supervised by A. Harris, E. Médard, L. Gurioli, N.


Villeneuve). This is now to be submitted as a research article to Bulletin of Volcanology and is a

long-needed consideration of the difference between cooling- and volume-limited lava flow.

Work in progress

For the textural study at PdF, work is still in progress for the most recent activity of August-October 2015.

In the summer 2016, the ASHER (the stand-alone instrument for measuring grain size distribution

(GSD) and particle terminal velocity (TV) for tephra fallout in near real-time) will be delivered to

Gurioli by University of Florence at Stromboli, to perform, within and active fall-out field, various

calibration tests. Pilot study of ash has already started for samples from PdF and Fuego (Cabré

Brullas, 2015).

Analysis of initial data for the upper reach of the NW branch of the 2010 flow were analysed and

presented as part of M. Rhéty’s M1 thesis submitted in 2014 (“Down-channel cooling and

crystallization of lava during a short-lived eruption”: supervised by A. Harris, L. Gurioli). These

data were analysed for temperature, vesicularity and crystallinity, and revealed a potential relation

with slope, cooling, and flow field morphology, which could be linked using the FLOWGO thermo-

rheological model. The entire flow-field was mapped and sampled during January 2015 and

February 2016. These data will now be worked up, in collaboration with A. Soldatti and A.

Whittington (University of Missouri, USA), during May and June 2016. Our aim is to publish a

fully-validated thermo-rheological lava run-out model for short-lived effusive events that emplace

lava on a variety of slopes. In addition, during July 2015, thermal video were collected down the

active channel simultaneous with sampling. These data will be used to constain the relation

between insulation, heat loss and flow dynamics at Piton de la Fournaise. Data are currently being

processed as part of an LMV-based M1 thesis led by S. Maninni.

Invited seminars

• Gurioli L, Vlastelic I, Di Muro A, Boudoire G, Moune S, Valer M, Bachelery P &

Villeneuve N “The June 2014 eruption of Piton de la Fournaise: Insights from field,

textural and geochemical data” Journée scientifique "L'île de la Réunion et son contexte"

IPGP, 22 Mars 2015, Paris

• Bachèlery P., Gurioli L., Vlastelic I., Valer M., Thivet S., Di Muro A., Boudoire G., Peltier

A. Villeneuve N., Présentation des données géologiques à La Réunion, Journée

scientifique "Les données d’observation des volcans" IPGP, 10 April 2015, Paris


Conference

Gurioli L, Vlastelic I, Di Muro A, Boudoire G, Moune S, Bachelery P, Villeneuve N "The

June 2014 eruption of Piton de la Fournaise: Insights from field, textural and

geochemical data" Vol. 17, EGU2015-345, EGU General Assembly 2015

Andrea Di Muro, Santiago Arellano, Alessandro Aiuppa, Patrick Bachelery, Guillaume

Boudoire, Diego Coppola, Valerie Ferrazzini, Bo Galle, Gaetano Giudice, Lucia Gurioli,

Andy Harris, Marco Liuzzo, Nicole Metrich, Severine Moune, Aline Peltier, Nicolas

Villeneuve, and Ivan Vlastelic " Eruption and degassing dynamics of the major August

2015 Piton de la Fournaise eruption" Vol. 18, EGU2016-5074, EGU General Assembly

2016

Publications

Lucia Gurioli, Andrea Di Muro, Ivan Vlastelic, Guillaume Boudoire, Marina Valer,

Séverine Moune, Patrick Bachelery, Aline Peltier, Nicolas Villeneuve, Sebastian

Ellebrand, Simone Jordan, Christophe Constantin, Jean-Luc Devidal, Claire Fonquernie,

Jean-Marc Hénot, Mhammed Benbakkar Field, textural and geochemical monitoring at

Piton de La fournaise: The case study of the “opening eruption” of 2014 in prep for

EPSL

Maéva Rhéty, Andrew Harris, Nicolas Villeneuve, Lucia Gurioli, Etienne Médard, Patrick

Bachélery Flow field construction during the 2007 eruption of Piton de la Fournaise:

The roles of mass partitioning, cooling and crystallisation in prep for Bull. Volcanol.

Master 2

Roberta Spallanzani (2016), LMV-UBP « Comportement pré-éruptif du Piton de la

Fournaise, via l'étude des gaz volcaniques par Multigas »

Simon Thivet (2016), LMV-UBP "Caractérisation magmatique du système superficiel du

Piton de la Fournaise à travers l'étude des produits de l'éruption de Juillet 2015"

Cabré Brullas (2015), University of Clermont-Ferrand, INVOGE student (co-supervised by

Bill Rose University of Michigan) “Are the fossil bubbles trapped in ash, lapilli and bombs

capable of providing the same fragmentation imprinting? Answers from Fuego and Piton de

La Fournaise”


Maéva Rhéty (2015), LMV-UBP “The transition between channelized and dispersed 'a'a

flow: role of cooling, crystallisation and rheology.”

Master 1

Stefano Maninni (2016), LMV-UBP “On the relation between insulation and flow dynamics

in a shallow channel.”

Pierre Filliau (2016), LMV-UBP “Identification chimique et petrologique de la signature

primitive de l’eruption août-octobre 2015 (PdF)”

All data and documentation will soon be available at:

http://wwwobs.univbpclermont.fr/SO/televolc/dynvolc/index.php


E.5 RAPPORT DU PARTENAIRE : IPGP

Rapport à 18 mois sur les activités IPGP/Paris: Cf plus haut le rapport commun avec le LA (UPS)

Rapport à 18 mois sur les activités IPGP/OVPF: Description of the Piton de la Fournaise activity during the STRAP period (2014-2015)

In 2014-2015, the OVPF recorded an increasing rate of activity in terms of deformation, seismicity,

gas emissions and eruption rate culminating in five eruptions. All these five eruptions, like most

eruptions of the recent historical activity occurred inside the ~ 8×13-km-wide Enclos Fouqué

caldera, which is an uninhabited seaward open natural depression. The sequence of eruption show a

progressive increase in the output rates, culminating in the long-lasting (71 days), large-volume,

August-October eruption (Di Muro et al., 2016): June 20-21, 2014 (south-southeast of the

Dolomieu crater; 0.4 ± 0.2 Mm3 of erupted products), February 4-15, 2015 (west-southwest of the

Bory crater; 1.5 ± 0.2 Mm3 of erupted products), May 17-30, 2015 (to the south-southeast; 4.6 ± 0.6

Mm3 of erupted products) , July 31-August 2, 2015 (to the north; 2 ± 0.3 Mm

3 of erupted products),

and August 24-October 31, 2015 (to the west-southwest; 35.7 ± 3 Mm3 of erupted products in 3

successive stages: August 24-October 18, October 22-24, and October 29-31) (Peltier et al., 2016)

Renewal of eruptive activity in 2014-2015, after 41 months of quiescence and deflation, was

associated with long-term continuous edifice inflation measured by GNSS. Inflation started on June

9, 2014, and its rate progressively increased through 2015. Time evolution of monitoring

parameters has revealed that volcano reawakening was associated with continuous pressurization of

the shallowest parts of its plumbing system, triggered by progressive upwards transfer of magma

from greater depth (Peltier et al., 2016). The 2014-2015 eruptions involved a range of relatively

shallow sources whose depth was in the range 1.2-3.9 km below volcano summit. Peltier et al.

(2016) conclude that, in 2015, both a pulse in the deep refilling, as well the perturbation of the

hydrothermal system and the weakening of the edifice’s strength would favor the occurrence of

frequent and increasingly large eruptive activity at Piton de la Fournaise during the 2014-2015

phase of deep magma refilling.

WP2A. Task 2A.1

In the frame of WP2A, devoted to Field measurements, regular sampling has been performed of

eruptive products during each eruption.

Table 1. Samples collected during 2015 Piton de la Fournaise eruptions

Eruption Tephra Lava Sublimates Water-quenched

samples

February 2015 12 3 3 8

May 2015 4 5 1 6

July 2015 3 4 0 3

August 2015 28 20 1 22

TOTAL 47 32 5 39


Lava and tephra (scoria, Pele hairs) have been collected during each main phase of the 2015

eruptions. As a whole, 84 samples have been collected on the frour 2015 eruptions (Table 1).

Several large volume samples (bombs, spatters and lavas) have been water quenched. During

August 2015 eruption, several quench tests have been performed in order to minimize the influence

of water quenching on lava texture. Samples representatives of the different phases of each eruption

have been sent to Clermont Ferrand for further geochemical and petrological analyses.

WP2B.2: Source volatile budget.

Pre-eruptive volatile budget will be quantified by analysing melt and fluid inclusions trapped in

samples phenocrysts and by assessing and modelling mineral phase equilibria. Analyses of matrices

will constrain residual volatile contents after magma degassing.

Samples representative of the main eruptive phases (Table 1) are currently under study at IPGP and

LMV labs for petrological and geochemical characterization. Exploratory analyses are ongoing on

some samples containing the largest crystal amounts, emitted at the end of the August 2015

eruption. These analyses are performed in the frame of two M1 level research projects (one at IPGP,

one at Clermont Ferrand, respectively). These samples contain mm sized olivine phenocrysts, which

host relatively large melt inclusions and variably crystallised matrices. Lava products of 2015

eruptions span a relatively large range in composition and mineral assemblages and textures.

Ongoing analyses will permit to quantify the time variability of expected pre-eruptive conditions

and of volatile contents and composition. These data will be integrated with lava flux data in order

to estimate the expected volatile outputs during each eruption. The comparison with measured

volatile fluxes, will permit to assess whether 2015 eruptions show any excess or deficit in emitted

volatile amount.

WP2B.3: Near-vent gas and aerosol measurements

Measurements of gas fluxes and gas composition have been performed during each 2015 eruption.

The three permanent scanning DOAS stations of OVPF (Partage, nord; Enclos, west; Bert, south;

NOVAC EU project; http://www.novac-project.eu/) are installed close to the rim of Enclos Fouqué

caldera and have worked continuously during the whole long-lasting August 2015 eruption. During

this eruption, the three stations have permitted to acquire up to 115 valid scans of the plume per day

(on average 34/session or 1 complete plume scan/13 minutes) and to estimate SO2 optical depth,

plume height and dispersion direction. SO2 fluxes have been obtained by integrating the plume

cross section with wind speed data kindly provided by the Meteo-France station located at

Bellecombe, in between Partage and Enclos stations. SO2 data have been correlated with daily rain

data measured at the OVPF ChateauFort station, near the S-E base of the summit cone.

As the August eruption started night-time, DOAS network partly missed the initial, intense but

short lived phase of high output rate on August 24th. During this phase, km long eruptive fractures

opened at the south-west feet of the summit cone. Opening of a small short lived vent on the north-

western flank of the cone show that initially the feeder dyke crossed the entire summit cone.

Maximum lava output rate on August 25th estimated by SO2 fluxes is still in the range 24-37 m3/s

(depending on assumed initial dissolved SO2 assumed). Volcanic activity evolved rapidly into a

single emitting source and the eruption focused to build a large eruptive cone, feeding a broad lava

field.


The temporal trend in SO2 emissions permits to identify the following phases of the August 2015

eruption:

- Phase 1 (24/08 – 12/09) Trend of progressive decrease in SO2 emissions

- Phase 2 (13/09 – 18/10) Trend of accelerating increase in SO2 emissions.

- Phase 3 (20/10 – 01/11) Two important discrete pulses in SO2 emissions

SO2 fluxes where highest (in the range 5-6 kt/day) at the beginning of the eruption (25-27/08) and

in the period 25/09 – 30/10. Interestingly a peak in SO2 emissions (up to 6.8 kt/day) was also

recorded at the end of phase 1, in the morning of 10/09 in the morning (between 3h51 and 5h40 TU.

Preliminary observations on the eruptive products suggest that this peak in SO2 might have

heralded a change in magma composition from phase 1 to phase 2. During most of the eruption,

SO2 fluxes have been lower than 1.5-2 kt/day

In the period 11-17/09 very low SO2 emission rates (< 300 and 600 ton/day, respectively) are

estimated. Possibly, these weak emissions correspond to a phase of low altitude of the gas plume,

mostly confined inside the Enclos Fouqué caldera, during the end of phase 1. Weak emissions in the

period 01-06/10 might be related to a phase of intense rains, which might have partly scavenged

SO2 from the atmosphere. NOVAC data suggest that magma and gas output rate accelerated during

the second part of phase 2, that is between 8 and 18/10. This change corresponds to the emission of

more gas rich primitive magmas and to an increase in the lava emission rate. Interestingly, the

strong increase in mass flow rate between 15-17/10 is followed by/associated with a strong increase

in gas plume height (up to 5.1 km above sea level) over the period 16-18/10. Further research will

check whether the increasing heat output in the fast growing lava field might have contributed to

plume buoyancy at that time.

During the pulsating final phase (phase 3) of the eruption, SO2 emissions are strongest during the

second and final eruptive pulse. During the first eruptive pulse of phase 3, fast lava propagation

triggered a major fire and aerosol/ash emissions from the southern walls of the Enclos Fouqué

caldeira.

Mobile MultiGaS acquisitions have been performed (13 acquisitions) during the whole August

eruption. MultiGaS station has been installed close to the eruptive vent for acquisition times on

average shorter than 1-1.5 hours (0.1 Hz data acquisition). The purpose of the experiment has been

the characterization of the relative concentration of the main components of the gas phase emitted

by several sources (eruptive vent, fumaroles, lavas). The characterization of the H2O/SO2,

CO2/SO2 ratios at the eruptive vent will permit to estimate the fluxes of H2O and CO2 after

correlation with DOAS flux data (Di Muro et al., 2016).

Aiuppa, A., Bertagnini, A., Métrich, N., Moretti, R., Di Muro, A., Liuzzo, M., Tamburello, G.,

2010. A model of degassing for Stromboli volcano, Earth and Planetary Science Letters 295,

195-204.


Di Muro, A., Aiuppa, A., Burton, M., Metrich, N., Allard, P., Fougeroux, T., Giudice, G., Guida,

R., 2012. Intra-eruptive gas emissions and shallow magma storage after the 2007 summit

caldera collapse of Piton de la Fournaise, Reunion Island. Geophysical Research Abstracts,

vol. 14, Abstract EGU2012-2761, Vienna, EGU 2012.

Di Muro, A., Metrich, N. , Vergani, D., Rose, M., Armienti, P., Fougeroux, T., Deloule, E.,

Arienzo, L., Civetta, L., 2014. The shallow plumbing system of Piton de la Fournaise

Volcano (La Reunion Island, Indian Ocean) revealed by the major 2007 caldera-forming

eruption. J. Petrol. 55(7), 1287–1315. doi:10.1093/petrology/egu025

Di Muro, A., Staudacher, T., Ferrazzini, V., Métrich, N., Besson, P., Garofalo, C., Villemant, B.,

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Carey, V. Cayol, M. Poland and D. Weis), John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, NJ., pp 189–

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Di Muro, A., Arellano, S., Aiuppa, S., Bachelery, P., Boudoire, G., Coppola, D., Ferrazzini, V.,

Galle, B., Giudice, G., Gurioli, L., Harris, A., Liuzzo, M., Métrich, N., Moune, S., Peltier,

A., Villeneuve, N., Vlastelic, I., 2016. Eruption and degassing dynamics of the major August

2015 Piton de la Fournaise eruption. Geophysical Research Abstracts 18, Abstract EGU2016-

5074, Vienna, EGU 2016.

Hibert, C., Mangeney, A., Polacci, M., Di Muro, A., Vergniolle, S., Ferrazzini, V., Taisne, B.,

Burton, M., Dewez, T., Grandjean, G., Dupont, A., Staudacher, T., Brenguier, F., Shapiro,

N.M., Kowalski, P., Boissier, P., Catherine, P., Lauret, F. (2015) Multidisciplinary monitoring

of the January 2010 eruption of Piton de la Fournaise volcano, La Réunion island. Journal of

Geophysical Research. 120

Michon, L., A. Di Muro, N. Villeneuve, C. Saint-Marc,P. Fadda, and F. Manta (2013), Explosive

activity of the summit cone of Piton de la Fournaise volcano (La Réunion island): A historical

and geological review, J. Volcanol. Geotherm. Res., 263, 117–133.

Peltier, A., F. Beauducel, N. Villeneuve, V. Ferrazzini, Di Muro, A. Aiuppa, A. Derrien, K. Jourde,

and B. Taisne (2016), Deep fluid transfers evidenced by GNSS, example of the 2014-2015

unrest at Piton de la Fournaise volcano, submitted to Frontiers in Earth Science, Volcanology.

In press

Roult, G., A. Peltier, B. Taisne, T. Staudacher, V. Ferrazzini, A. Di Muro, and the OVPF group

(2012), A new comprehensive classification of the Piton de la Fournaise eruptions spanning

the 1986–2011 period, Search and analysis of eruption precursors from a broad-band

seismological station, J. Volcanol. Geotherm. Res., 241–242, 78–104.


E.6 RAPPORT DU PARTENAIRE: LMV (UNIVERSITE BLAISE PASCAL)

WORKPACKAGE INVOLVED

WP2-C1 : Measurements of ash-rich volcanic plumes OPGC/LMV People involved in the work presented

People Status activities

F.Donnadieu Phy-Adj Doppler Radar signal analysis

V.Freret-Lorgeril PhD (funding MESR) Doppler Radars signal analysis

C. Hervier IE Doppler radar

F. Peyrin IE Doppler radar

T. Latchimy IE disdrometer

In this report we present a summary of research activities carried out using ground-based Doppler radar measurements at Stromboli. These include data from 3 different radar :

95 GHz FM-CW cloud radar prototype (3.2 mm) adapted from Basta located at 2.2 km NNE of the

craters (P. Labronzo): 0.25 – 3 s time resolution, 12.5 – 200 m spatial resolution (0.8° beam width)

with mode combination to vary sensibility/resolution, range up to 12 km, Doppler 10 m/s,

sensitivity -30 dBZ at 1km (mode 12.5 m, 1s), 35 kg, 83*54*53 cm.

24GHz Metek Micro Rain Doppler Radar (MRR, 1.2 cm) 680 m NE of SW crater, 480 m of NE crater:

10 s and 25 m resolutions, 1.5° beam width, 6 kg.

ballistics blocks and large lapilli were captured by the 23,5 cm-wavelength VOLDORAD Doppler

radar from PL (1.8 km N) in 60 m-deep volumes (9° beam width) every 0,15 s

Preliminary results :

Reflectivity factor (Z) characterizes the ash content: with (D< )

Maximum reflectivity factor measured inside 59 ash plumes at Stromboli spans -9 to +21 dBZ.

[0 dBZ: equivalent to beam volume filled with 1 part./m3, 1 mm in diameter]

95 GHz

(12.5 m, 1s)

59 events

6

0

( )Z N D D d D


WORKPACKAGES INVOLVED

WP2-A2 : Lava flow heat and volume flux WP2-C1 : Measurements of ash-rich volcanic plumes WP2-B3 : Near-vent gas and aerosol measurements We present here a summary of research activities carried out using space and ground-based thermal infrared measurements. These include both lava flow measurements at Piton de la Fournaise (WP2-A2) and SO2 and ash plume measurements at Stromboli (WP2-C1 and B3). People involved in the work presented

People Status Etp activities

M.Gouhier Phy-Adj 40% Thermal infrared spaceborn measurements (Meteosat)

J-F Smekens Post-Doc financement CNES 06/2015-06/2017

80% Hyperspectral infrared measurements from ground-based camera (Hypercam)

1- Lava flow heat and volume flux (WP2-A2) In the framework of the WP2-A2 we acquired geostationary satellites data (Meteosat-SEVIRI, service HOTVOLC) during the four eruptions of 2015 at Piton de la Fournaise volcano (La Réunion). Acquisitions are summarized in the table below.

Summary of MSG-SEVIRI acquisition during 2015 PdF eruptions

Eruption # Start date End date Duration (days) # Images (MSG-SEVIRI)

1 20150204 20150215 11 1100

2 20150517 20150530 13 1220

3 20150731 20150802 2 198

4 20150824 20151031 68 6528

The last eruption started on 24/08/2015 and lasted about 68 days. It was the strongest of 2015. We recorded 6528 images within 12 wavebands (VIS/IR) using MSG-SEVIRI sensor. It allows us to detect and track the lava flow dynamics with a time resolution of one image every 15 minutes.

The lava effusion was first recorded at 15:00 UTC on august 24, 2015 (5 minutes only after the

actual onset of lava effusion). This correlates very well with the ground deformation (GNSS

measurements, provided by A.Peltier - OVPF) in the vicinity of the effusion source (lateral dyke

95 GHz @ 25m

Ash plume

thickness


propagation and fissure opening). By contrast, deformation in the summit area occurs about one

hour before and is representative of the emplacement of the magmatic body at depth.

We have calculated the Time-Averaged Discharge Rate at a time resolution of one image every 15

minutes from the onset of the eruption (24/08/2015), showing a maximum of about 40m3/s, to the

end of the eruption (30/10/2015). Also one can see the rapid decrease of the TADR just after the

emplacement of the first lava flow. Afterwards, the TADR is in the range 5-10 m3/s. From early

October, the TADR increased to 15 m3/S to reach a maximum of about 25 m3/S around 16 of

October and eventually declined and stopped around 20 of October. 2 brief but intense lava flow

were emplaced on 23/10 and 30/10 shwoing TADR of about 30 m3/s.


2- Near-vent gas and aerosol measurements (WP2-B3)

In the framework of the WP2-B3 a large field experimentation has been conducted at Stromboli

volcano end of September 2015. We performed unprecedented measurements on ash and gas

using an hyperspectral IR camera (funding CLERVOLC). It allows recordings of more than 1000

wavebands in the spectral range 7.7-12µm, hence allowing detection of SO2 and ash spectral

signature. The interferometer mode permits tracking of ballistics at a time resolution of up to 1000

Hz. Jointly, SO2 measurements with a UV camera have been carried out.

Below we show an example of SO2 plume recorded from punto labrunzo (far from the vent) at 1cm-

1 and showing the pure SO2 signature (red curve) around the 8.7-µm region. One can also observe the cold sky (O3 signature, blue curve) and the water vapour troughs (1050-1300 cm-1 ) within the volcanic edifice signature (yellow curve).

3- Measurements of ash-rich volcanic plumes (WP2-C1)


In the framework of the WP2-C1, the large field experimentation conducted at Stromboli volcano

end of September 2015 presented before was the opportunity to test the Hypercam for ash plume

characterization and tracking.

The characterization of ash is made possible from the spectral features of silicate within the range 10-12µm. Usually, a 2-bands method is applied from spaceborn sensors. In the example below, we provide the spectrum of ash at a spectral resolution of 12 cm-1 hence allowing the detection of the spectral signature in the specific range using about 15 bands. One can clearly see the increase of the brightness temperature from 880 to 1000 cm-1, showing the presence of ash and blocks.

Also, the interferometric signal can be used to foloww the dynamics of the ash plume as well as the ballistic blocks using the unprecedented IR time resolution of about 1000 Hz.

4- Communication

Smekens, J-F., and Gouhier, M. (2015): Observation of Passive and Explosive Emissions at Stromboli with a

Ground-based Hyperspectral TIR Camera. Abstract V51D-3056 presented at the 2015 Fall Meeting, AGU,

San Francisco, Calif., 14-18 Dec.

Ash spectral signature

(emissive)

Interferometer

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