Les éruptions volcaniques majeures et les mégafeux de forêt peuvent injecter dans la stratosphère – la couche supérieure de l’atmosphère – d’importantes quantités de gaz, d’aérosols et de vapeur d’eau. Ces panaches atteignent parfois des altitudes où ils modifient la composition et la dynamique de l’air, influençant le climat mondial sur plusieurs mois, voire années. Cette thèse exploite des observations satellitaires multi-instrumentales pour caractériser l’évolution, la dispersion et les propriétés optiques de ces panaches.

En s’appuyant sur deux événements récents exceptionnels, l’éruption du Hunga (2022) et les feux australiens (2019-2020), ce travail contribue à une meilleure compréhension des processus physiques et chimiques stratosphériques et de leur rôle dans la variabilité du climat et de l’atmosphère terrestre.

L’éruption du Hunga du 15 janvier 2022, d’une explosivité extrême (indice d’explosivité volcanique proche de 6), a battu plusieurs records de l’ère satellitaire, avec une altitude maximale du panache atteignant environ 58 km et une injection exceptionnelle de vapeur d’eau estimée à 150 Tg dans la stratosphère habituellement sèche (soit près de 10 % de son contenu global). L’analyse combinée de plusieurs instruments a permis de retracer les phases de conversion rapide du SO2 en aérosols sulfatés accélérée par la forte humidité, ainsi que l’évolution d’abord conjointe, puis séparée, des panaches d’aérosols et de vapeur d’eau dans la stratosphère. Les propriétés microphysiques des aérosols (rayon effectif ~ 0.4 µm, déviation standard géométrique ~ 1.25), différentes des conditions de fond et d’autres éruptions stratosphériques récentes, ont été restituées à partir des mesures spectrales de SAGE III/ISS, permettant une estimation précise de la masse d’aérosols sulfatés (0.66 ± 0.1 Tg H2SO4). Les propriétés optiques (extinction et rapport lidar) dérivées des mesures CALIOP montrent une excellente cohérence avec les calculs de Mie et les observations de SAGE III/ISS, tout en soulignant les limites des produits d’extinction au limbe dans le cas de distributions d’aérosols atypiques.

Les mégafeux australiens de décembre 2019–janvier 2020 ont quant à eux démontré la capacité des pyrocumulonimbus à injecter des masses considérables de fumées dans la stratosphère, engendrant la formation de vortex stratosphériques anticycloniques. Le vortex principal a présenté une auto-élévation remarquable de 15 à 36 km sur trois mois. Nous montrons que les zones de forte vorticité coïncident avec les régions de confinement maximal des aérosols de fumée. L’analyse des rapports de mélange met en évidence un appauvrissement en ozone, une vapeur d’eau stable mais élevée, et une diminution progressive des traceurs de combustion, suggérant une évolution chimique propre au vortex et un faible impact de la dilution ou du mélange avec les masses d’air environnantes.

L’ensemble des travaux présentés contribue à améliorer la compréhension des processus physico-chimiques qui régissent l’évolution des panaches stratosphériques issus d’événements extrêmes. Ils soulignent également les défis persistants liés à la caractérisation des aérosols non sphériques et à la variabilité croissante du fond stratosphérique, dans un contexte de multiplication des événements extrêmes et de réchauffement global.

Lieu
ENS-PSL – 24 rue Lhomond – salle conf IV

Zoom
https://orsay.bbb.cnrs.fr/b/duc-wjs-a9r-mql

• Mme Isabelle Chiapello, Chargée de recherche, CNRS Lille, FR — Rapporteure
• M. Jean-Paul Vernier, Research Scientist, NASA LaRC, USA — Rapporteur
• Mme Solène Turquety, Professeure, Sorbonne Université, FR — Examinatrice
• M. Gwenaël Berthet, Chargé de recherche, CNRS Orléans, FR — Examinateur
• Mme Corinna Kloss, Research Scientist, Forschungszentrum Jülich GmbH, DE — Examinatrice
• M. Pasquale Sellitto, Maître de conférences, Université de Créteil, FR — Examinateur
• M. Bernard Legras, Directeur de recherche, CNRS, FR — Directeur de thèse