Alexandre DEGUINE

Laboratoire de Physico-chimie des Processus de Combustion et de l'Atmosphère
Laboratoire d'Optique Atmosphérique

20 décembre 2018, 14h00, amphithéâtre P. Glorieux du CERLA

 

Résumé (FR)

Propriétés optiques et chimiques des cendres volcaniques: mesures de laboratoire et applications à la télédétection spatiale

Lors d'une éruption volcanique, une énorme quantitée d'aérosols est émise dans l'atmosphère et peut être transportée sur de longues distances. En absorbant et en diffusant le rayonnement solaire, les cendres volcaniques influencent fortement le bilan radiatif de la Terre. Ces particules peuvent également affecter la santé humaine et, dans le cas d'événements intenses, perturber ou interrompre le trafic aérien. Les aérosols peuvent être détectés par télédétection en utilisant par exemple des spectromètres embarqués sur des satellites. Ces instruments enregistrent le signal d'extinction d'une colonne atmosphérique mélangeant les apports de gaz et d'aérosols. À partir de ces observations, l'objectif principal est d'estimer la composition chimique, la taille et la concentration en nombre des particules. Dans le but de restituer ces paramètres, il est essentiel de déterminer l'indice complexe de réfraction m. Cependant, celui-ci est mal connu et reste l’une des principales sources d’incertitude. Dans cette mesure, une nouvelle méthodologie a été appliquée afin de mesurer les spectres d'extinction de divers aérosols échantillonnés dans une large gamme spectrale. Le système mécanique est utilisé pour générer un nuage de cendres volcaniques. Les aérosols sont ensuite dirigés vers deux spectromètres enregistrant les spectres d’extinction de l’UV-visible à l’infrarouge et la distribution en taille. La combinaison de données expérimentales et d'un processus itératif est utilisée afin de récupérer les paramètres optiques n et k conduisant à l'indice de réfraction complexe m. Cette méthodologie a été appliquée à cinq échantillons de cendres volcaniques prélevés au Chili s en Islande. De plus, une analyse chimique a été réalisée pour chaque échantillon en utilisant la Fluorescence par rayons X (FRX) afin de déterminer le lien entre les propriétés optiques et chimiques. Enfin, les résultats obtenus grâce à la méthodologie sont utilisés pour l'inversion des cas d'étude d'IASI.

Directeurs de thèse :
Hervé HERBIN (LOA), Denis PETITPREZ (PC2A)

Examinateurs :
Lieven CLARISSE (CQP), Arnaud CUISSET (LPCA)

Rapporteurs :
Bernard LEGRAS (LMD), Jérôme YON (CORIA)


Abstract (EN)

Chemical and Optical properties of volcanic ashes: Laboratory measurements and remote sensing applications.

During a volcanic eruption, a huge amount of aerosols are emitted into the atmosphere which can be

transported over long distances. By absorbing and scattering solar radiation, volcanic ashes influence strongly the Earth radiative budget. These particles may also affect human health and for some intense events may perturb or

interrupt air traffic. Aerosols can be detected by remote sensing using for example spectrometers embarked on satellites. These instruments record the extinction signal of an atmospheric column mixing gas and aerosols contributions. From these observations, the main objective is to estimate the chemical composition, the size and the number concentration of the particles. With the aim of estimating these parameters, the key is to determine the complex refractive index m. However, the complex refractive index is badly known and stay one of the main source of uncertainty. For this purpose, a new methodology has been applied in order to measure the extinction spectra of various sampling aerosols in a large spectral range. Mechanical system is used to generate a cloud of volcanic. Then

aerosols are directed through two spectrometers recording the extinction spectra from UV-visible to Infrared and the size distribution. A combination of experimental data and an iterative process is used in order to retrieve the optical parameters n and k leading to the complex refractive index m. This methodology has been applied for five volcanic ashes samples collected from Chile and Iceland. Moreover, a chemical analysis has been performed for each sample using X-ray fluorescence (XRF) in order to determine the link between chemical and optical properties.

Results obtained through the methodology are used for the inversion of study cases from IASI.

Thesis supervisors :
Hervé HERBIN (LOA), Denis PETITPREZ (PC2A)

Examiners :
Lieven CLARISSE (CQP), Arnaud CUISSET (LPCA)

Referees :
Bernard LEGRAS (LMD), Jérôme YON (CORIA)

 

 

 

date: 
Thursday, 20 December, 2018 - 14:00
descriptif etiquette: 
PC2A et LOA Université de Lille