Thèse Impact de la Forme des Téphras sur la Quantification des Éruptions Volcaniques Explosives et sur la Prévision des Processus de Dispersion Sédimentation et Formation des Dépôts de Retombées. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Clermont Auvergne École doctorale : Sciences Fondamentales Laboratoire de recherche : Laboratoire Magmas et Volcans Direction de la thèse : LUCIA GURIOLI ORCID 0000000250665153 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59 Les téphras sont des particules solides émises par les éruptions volcaniques explosives qui peuvent fortement impacter les populations et leurs infrastructures lors de leurs retombées au sol mais également le trafic aérien avec la dispersion des téphras les plus fins dans l'atmosphère. Parmi les processus qui contrôlent la quantité de matériels dispersés dans l'atmosphère et/ou qui retombent au sol, la sédimentation joue un rôle majeur et dépend fortement de la taille, la densité et la forme des téphras qui sont déterminées à la fin des éruptions par analyses des dépôts de retombées (e.g., Carey & Sparks, 1986 ; Bonadonna & Houghton, 2005 ; Bagheri et al., 2016 ; Buckland et al., 2021). C'est en général grâce à l'analyses de ces dépôts que les éruptions explosives sont quantifiées (e.g., masse éruptive) mais aussi anticipées par le biais de modèles numériques de dispersion pour prévoir les zones d'impact des panaches au sol et/ou dans l'atmosphère (Bonadonna et al., 2011 ; Scollo et al., 2019). Cependant, les téphras présentent de larges gammes de tailles, de densités et surtout de formes qui sont souvent considérées comme sphériques ou grossièrement approximées par manque d'analyses en laboratoire. Or, il a été ponctuellement montré que la forme des téphras pouvait impacter (i) les analyses granulométriques des téphras (e.g., tamisage, Gurioli et al., 2013 ; Freret-Lorgeril et al., 2019) mais surtout (ii) l'aérodynamisme et donc le transport des téphras dans l'atmosphère (e.g., Bagheri et al., 2016). La forme des téphras joue donc un rôle majeur dans la quantification des éruptions volcaniques explosives et dans la prévision de la dispersion et des retombées de téphras au sol.
Ce sujet de thèse vise ainsi à explorer l'impact de la morphologie des téphras (i) sur les résultats obtenus par différentes techniques analytiques utilisées en volcanologie physique pour quantifier les éruptions explosives à partir de l'analyse des dépôts de retombées, (ii) sur les paramètres de sortie des modèles numériques de dispersion et transport des téphras et (iii) sur les mesures in situ des retombées faites pendant les éruptions par disdromètres optique. La première partie du projet se concentrera sur les techniques typiques d'analyses post-éruptives et visera à quantifier de manière systématique le décalage inhérent à la non-sphéricité des téphras entre les distributions de tailles obtenues par tamisage et celles par analyseurs optique (CAMSIZER, Morphologi G3, Bettersizer S3+).
En deuxième partie du projet, des analyses par tomographie au rayons-X seront faites au Laboratoire Magmas et Volcans sur une large gamme d'échantillons tamisés provenant de volcans différents (e.g., Etna, Stromboli, Tajogaite, Sakurajima) afin de développer un nouveau protocole d'analyses adaptées aux cendres volcaniques pour déterminer la forme ainsi que les différents axes des téphras en 3 dimensions. Ces mesures constitueront une base statistique solide qui servira à l'évaluation de l'impact de la forme sur la modélisation de la dispersion et des retombées de téphras. Un focus sera fait sur le modèle TEPHRA2 utilisé en opérationnel par l'observatoire de l'Etna (INGV-Catane, Italie ; Scollo et al., 2019).
L'impact de la forme des téphras sur la dynamique des panaches et sur les processus physiques qui contrôlent le transport et la sédimentation des téphras est encore mal contraint à l'heure actuelle. De plus, là où les modèles numériques de dispersion et de transport de téphras reposent sur des données acquises par analyses des dépôts pots-éruptifs, ils manquent cruellement d'informations quantitatives quant à la forme des téphras et de son influence sur les paramètres de sortie de ces modèles (e.g. accumulation de téphras au sol, taille des grains, etc.). Enfin, la volcanologie moderne se focalise de plus en plus sur l'utilisation de capteurs de télédétection et des stratégies multi-capteurs (e.g., Freret-Lorgeril et al., 2021, 2022) qui permettent d'imager les panaches en temps réel et sont sensibles à des gammes de tailles de téphras complémentaires. Cependant, ces techniques reposent souvent, comme les modèles numériques, sur des approximations en termes de forme particulaires (e.g., hypothèse de particules sphériques pour simplification calculatoire). Il est à noter que le sujet de thèse s'inscrit dans un contexte de forte collaboration scientifique internationale entre le laboratoire Magmas et Volcans, l'université de Genève ainsi que l'Institut Nationale de Géophysique et de Volcanologie de Catane.

Le ou la candidate recherché(e) doit avoir de bonnes bases en Sciences de la Terre et aussi des notions de bases en volcanologie. Etant donné le caractère méthodologique du sujet, il est préférable que le ou la candidat(e) soit à l'aise avec le travail en laboratoire (e.g., tamisage, analyses morphologique, densité des téphras, etc.) mais aussi le traitement de données sur ordinateur. Finalement, des notions de bases en programmation (Matlab, Python) sont recommandées mais pas obligatoire.