The seven research programs

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ClerVolc research is organized around seven thematic programs:

 

1 – Detection and characterization of volcanic plumes and ash clouds

logoprojet1bWe will build on our existing capabilities in ground-based remote sensing, satellite remote sensing and aircraft-based instruments to make quantitative measurements of volcanic plumes and ash clouds from safe distances. The current scarcity of high-temporal-resolution datasets for such phenomena presents a huge opportunity for us to take a leading role in this field and to fill the gap.

Deliverables: (i) The recognition and measurement of eruption precursor signals. (ii) Quantitative measurements of volcanic plumes and clouds (e.g., fluxes of solids and gases) in near-real time as they drift from local to global scales. (iii) Multiphase numerical models of these phenomena that fully integrate atmospheric physics and chemistry, with the aim of moving to a predictive capacity. (iv) Online availability of data and simulations for exploitation during crises. (v) Development of effective warning systems for environmental and societal impacts.

2 – Internal structure and deformation of volcanic edifices

We will carry out research on the measurement and modeling of volcano deformation prior to, during, and following eruptions. logoprojet2bThis will allow us to quantify the process of magma intrusion within volcanoes and its relationship to eruption and edifice instability, and to better characterize eruption precursor signals at volcanoes in states of unrest.

Deliverables: (i) Near-real-time datasets for volcano deformation and pressure source parameters. (ii) High-resolution multiparametric tomography of the internal structures of volcanic edifices. (iii) Recognition of eruption precursor signals.

3 – Volatile elements: the driving force behind volcanic activity

logoprojet3bWe will use a range of cutting-edge analytical techniques to characterize volcanic products (lava, pumice and ash), determine magma volatile compositions, reconstruct degassing histories, and quantify eruption physical and chemical parameters. Interpretation of the data will be constrained by experimental and theoretical studies.

Deliverables: (i) A greatly improved understanding of the role of magmatic volatile elements in driving volcanic activity and their impact on the environment. (ii) Accurate experimental determination of a range of physical and thermodynamic parameters essential for the development of models of volcanic and magmatic processes.

4 – The evolution of volcanic edifices and their plumbing systems: mechanisms and timescales

We will document the temporal evolution of volcanic edifices, and of their magmas and plumbing systems, through the acquisition oflogoprojet4 high-temporal-resolution time series of field, petrological, geochemical and geochronological data. These will be coupled with experimental determination of chemical and physical parameters essential for the interpretation of collected data.

Deliverables: (i) Detailed time-series datasets on the eruptive histories of key target volcanoes, and on the magmatic processes occurring beneath them. (ii) Predictions of future activity based on these time series.

5 – Mantle control of magma sources

logoprojet5bWe will characterize the deep processes controlling magma generation, and the long-term behavior of volcanoes, through geochemical observations and laboratory experiments. Notably, we will be focus on the nature, flux and timescales of magma transfer beneath arc volcanoes, deep-versus-shallow origins of hotspot magmatism, global recycling of fusible material, and of the elements that facilitate melting, geothermal gradients and partial melting processes in the deep mantle, and mantle heterogeneity and sampling limitations imposed by complex melting processes.

Deliverables: (i) Greater knowledge and understanding of the origin of magmas and their chemical/isotopic signatures.

6 – Volcanic mass flows and lava flows: genesis and impacts

We will study the dynamics of pyroclastic flows, lahars, debris avalanches and lava flows, using field, experimental and numerical approaches.logoprojet6b
A major ch
allenge will be the collection of high-quality field measurements with which to validate existing in-house mathematical models of such flows and the development of new and more elegant model formulations.

Deliverables: (i) Development of mathematical models of volcanic flows for generating probabilistic hazards maps for use in risk evaluation. (ii) Testing of those models using small-scale laboratory experiments, with evolution towards large-scale experiments. (ii) Comparison of model predictions with measurements on active flows and their deposits, and use of field data to better constrain feed-back modeled processes (e.g., lava velocity, heat loss, cooling, crystallization and rheology).

7 – Towards a more quantitative approach to volcanic risk and its societal impact

logoprojet7A comprehensive scientific approach to volcanic risk and its societal and psychological impacts will be developed through the collaboration of experts in volcanology, GIS mapping, risk analysis and human science. This collaboration will focus on the following issues : (a) Analysis of physical vulnerability ; (b) Analysis of psychological vulnerability ; (c) Analysis of systemic vulnerability.

Deliverables: (i) The development of new approaches to the quantification and mapping of volcanic vulnerability and risk, and to the understanding of human reactions to volcanic crises. (ii) The generation of improved volcanic risk maps for several of the target volcanoes, leading to strategic choices for monitoring procedures and long-term prevention planning.


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La recherche de ClerVolc est organisée autour de 7 programmes thématiques :

1 – Surveillance opérationelle de l’activité volcanique

Nous allons nous baser sur ce que nous possédons en termes de capteurs au sol, capteurs par satellite et instruments de mesure par avion afin de produire des mesures quantitatives à distance sur les panaches volcaniques et les nuages de cendre. L’actuel manque de bases de données à long terme pour de tels phénomènes représente une vaste opportunité pour nous de prendre la tête de cette mission et de combler ce besoin.

2 – Processus internes et déformation des volcans

Nous allons mener des recherches par la mesure et la modélisation de la déformation des volcans, avant, pendant, et après les éruptions. Cela nous permettra de quantifier le processus d’intrusion du magma à l’intérieur des volcans et sa relation avec l’instabilité des édifices d’une part, et avec les éruptions d’autre part, afin aussi de mieux caractériser les signaux avant-coureurs des éruptions de volcans en activité.

3 – Les éléments volatiles : la force motrice de l’activité volcanique

Nous allons utiliser une série de techniques d’analyse de pointe pour caractériser les produits volcaniques (lave, roches et cendres), déterminer la composition du magma volatile, reconstruire les phases de dégazage et quantifier les paramètres physiques et chimiques des éruptions. L’interprétation des données sera encadrée par des études théoriques et expérimentales.

 4 – L’évolution des volcans : mécanismes et échelles de temps

Nous documenterons l’évolution dans le temps des édifices volcaniques, du magma et de leurs systèmes de plomberie, à travers l’acquisition de séries temporelles de haute résolution de données pétrologiques, géochimiques, géochronologiques et de terrain. Celles-ci seront couplées avec la détermination expérimentale de paramètres chimiques et physiques nécessaires à l’interprétation des données.

5 – L’origine et la source des volcans

Nous allons caractériser les processus en profondeur qui contrôlent la génération de magma, et le comportement à long terme des volcans, à travers des observations géochimiques et des expériences en laboratoire. Nous nous concentrerons notamment sur la nature, les flux et les échelles de temps du transfert du magma sous les arcs volcaniques, des origines du magmatisme de point chaud en profondeur et en surface et du recyclage global des matériaux en fusion. Nous nous intéresserons également aux éléments qui favorisent la fusion, aux gradients géothermales, au processus de fusion partielle dans le manteau profond, ainsi que l’hétérogénéité du manteau et les limites d’échantillonnage imposées par le complexe processus de fusion.

6 – Les écoulements gravitaires d’origine volcanique : origines et impacts

Nous étudierons les dynamiques des flux pyroclastiques, des lahars, des avalanches de débris et les flux de lave, à l’aide d’approches expérimentales, numériques et d’études de terrain. Un grand défi sera de collecter des mesures sur le terrain de haute qualité afin de valider les modèles mathématiques internes déjà existant de ces flux, et de développer une nouvelle formulation, plus élégante, du modèle.

7 – L’impact sociétale des crises volcaniques

Une approche scientifique compréhensive des risques volcaniques et leurs impacts sociétaux et psychologiques sera développée à travers la collaboration d’experts en volcanologie, en cartographie SIG, en analyse des risques et en sciences humaines. Cette collaboration se concentrera sur les problématiques suivantes : (a) Analyse de la vulnérabilité physique ; (b) Analyse de la vulnérabilité psychologique ; (c) Analyse de la vulnérabilité des systèmes.