Caractérisation de la composition chimique des panaches volcaniques par imagerie hyperspectrale infrarouge

Characterization of the chemical composition of volcanic plumes using infrared hyperspectral imagery

• Auteur / Autrice : Charlotte Segonne
• Direction : Nathalie Brun-Huret, Sébastien Payan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences atmosphériques
• Date : Soutenance le 15/11/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de météorologie physique (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Deguillaume
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tjarda Roberts, Andrew Harris
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaëlle Dufour, Hervé Herbin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie hyperspectrale

Composition chimique

Panaches volcaniques

Mots clés libres

Hyperspectral

Infrarouge

Imageur

SO2

Volcan

Etna

Panache volcanique

Transfert radiatif

Modèle d’inversion

LARA

Flux d’émission

Hyperspectral

Infrared

Imager

SO2

Volcano

Etna

Volcanic plume

Radiative transfer

Inversion model

LARA

Emission flux

Résumé

La caractérisation de l’atmosphère nécessite une bonne connaissance de la part des émissions volcaniques. L’émergence des imageurs hyperspectraux infrarouge (IHI), pour les mesures par télédétection, offre la possibilité d’avoir des mesures de jour et de nuit des panaches volcaniques avec une haute résolution spectrale, temporelle et spatiale. Le déploiement de l’IHI Hyper-Cam, de la société Telops, pour la mesure du panache de l’Etna, en juin 2015, a permis de valider l’adéquation de cette technologie pour ces mesures. L’adaptation du modèle de transfert radiatif et d’inversion LARA a été validée par des tests de sensibilité permettant de définir une configuration de la géométrie du panache de référence pour les inversions des images d’une séquence de mesures d’intérêt. Le modèle a prouvé sa robustesse pour l’inversion des densités de colonnes de SO2 et pour la prise en compte de la contribution de l’extinction des aérosols. Le développement d’une méthode de classification des spectres pour une inversion massive des données permet de se rapprocher d’une estimation des flux d’émissions de SO2 en quasi-temps réel.

The characterization of the atmosphere requires a good knowledge of the contribution of the volcanic emissions. The development of infrared hyperspectral imagers (IHI), for remote sensing measurements, gives the opportunity to have remote measurements of volcanic plumes, day and night, with high spectral, temporal, and spatial resolutions. The deployment of the IHI Hyper-Cam, from Telops company, for remote measurements of Mount Etna plume in June 2015, validated the suitability of this technology for these measurements. The adaptation of the radiative transfer model and inversion algorithm LARA has been validated through sensitivity tests and allowed the definition of a reference configuration of the plume geometry for the retrieval of the spectra from the images of the sequence of measurements of interest. LARA model has proven its robustness for the retrieval of the SO2 slant column densities but also for taking into account the contribution of the aerosols extinction. The development of a spectra classification methodology, for a massive inversion of the data, makes it possible to approximate an estimate of the SO2 emission fluxes in quasi-real time.