Une croissance inégalée dans la stratosphère des aérosols du volcan Raikoke (2019), quels impacts climatiques ?

La nature exacte des particules injectées dans la stratosphère suite à une éruption volcanique est d’importance pour comprendre leur impact sur le climat. Les émissions volcaniques sont riches en dioxyde de soufre (SO₂), un gaz qui se convertit en gouttelettes d’acide sulfurique dans la stratosphère. De manière générale, les modélisateurs du climat considèrent uniquement le rôle de ces aérosols riches en soufre pour leur capacité à modifier le bilan radiatif de la Terre. En réfléchissant le rayonnement solaire, la présence de ces particules soufrées tend à refroidir la surface terrestre. L’influence des particules de cendre émises en cas d’éruption explosive est négligée, considérant qu’elles sédimentent rapidement, en quelques heures ou quelques jours.

Or, une étude impliquant des scientifiques du Laboratoire d’Optique Atmosphérique de l’Université de Lille (LOA) et de l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), épaulés par une équipe d’ingénieurs du centre de données et services pour l’Atmosphère AERIS/ICARE, montre que des particules de cendre volcanique de taille submicronique peuvent persister durant des semaines dans la stratosphère. L’analyse démontre que ces cendres très fines s’enrobent progressivement de sulfates, ce qui masque leur véritable nature. Alimentant des dynamiques atmosphériques spécifiques, le cœur de cendre de ces particules peut jouer un rôle fondamental, permettant notamment une croissance inégalée de particules sulfatées. Ainsi, revisiter la nature exacte des aérosols stratosphériques et leur taille est crucial pour mieux comprendre et simuler l’impact du volcanisme sur le climat.

En juin 2019, l’éruption majeure du volcan Raikoke, situé dans les îles Kouriles, a entraîné une perturbation significative de la couche d’aérosols stratosphériques pendant plus de six mois. Avec l’aide du portail Volcano Space Observatory (VSO) , permettant une analyse en synergie d’observations satellitaires et de mesures photométriques issues du réseau au sol mondial AERONET, et d’une méthode récemment développée pour l’étude de l’éruption record du Hunga Tonga [Boichu et al 2023], la taille et la composition exacte des particules du Raikoke ont été étudiées.

Le Raikoke a émis entre 1.5 et 2.1 Tg (ou millions de tonnes) de SO₂ dans la stratosphère, entre 10 et 15 kilomètres d’altitude. Tandis que la majeure partie du panache volcanique s’est largement dispersée dans l’hémisphère nord (Fig. 1a), une partie s’est transformée en vortex, se détachant rapidement pour évoluer totalement indépendamment (Fig. 1b). L’observation d’un tel morceau de panache vorticisé, régulièrement documenté dans des panaches de mégafeux, est inédite pour une éruption volcanique. Ce phénomène dont la persistance est notable, survivant plusieurs mois dans la stratosphère, questionne la nature des particules en son sein.

Dans ce panache vorticisé, les aérosols ont grandi très rapidement atteignant une taille de 0.3 µm (en rayon), deux semaines après l’éruption, et jusqu’à 0.9 µm au bout de trois mois (Fig. 2, symboles rouges). Cette taille n’a jamais été observée jusqu’à présent dans d’autres panache volcanique ! Par comparaison, dans le panache dispersé, le rayon n’augmente plus après trois semaines, atteignant seulement 0.3 µm. Ainsi, le rayon atteint par les aérosols du panache vorticisé du Raikoke est plus grand que celui des aérosols de l’éruption du Mont Pinatubo (Philippines) en 1991, éruption majeure dont l’impact climatique marqua le 20^ème siècle, et qui avait pourtant émis quasiment 20 fois plus de SO₂.

Ainsi, l’étude montre que la croissance des aérosols est contrainte par la concentration en SO₂ dans le panache et non pas par le budget total de soufre émis par l’éruption, paramètre généralement retenu pour initialiser les modélisations climatiques. En effet, le panache vorticisé est très compact et riche en SO₂, ce qui a décuplé les processus de formation et de croissance des aérosols sulfatés.

Par ailleurs, l’analyse des mesures de dépolarisation des particules du LiDAR CALIOP, embarqué sur le satellite CALIPSO (aujourd’hui décommissionné), en synergie avec les propriétés radiatives des aérosols dérivées des observations sol AERONET, a révélé que les panaches n’étaient pas composés de sulfates purs, mais contenaient également de cendres ultrafines (rayon < 0.2-0.3 µm) enrobées de sulfates. Ce cœur de cendres, aux propriétés absorbantes, réchauffe et entretient le panache vorticisé, ce qui explique sa dynamique d’élévation de > 10 km en quelques mois. Une analogie peut-être ainsi faite avec les vortex issus des mégafeux, alimentés par des aérosols absorbants composés de carbone noir pour leur part.

Finalement, quoique souvent négligées dans les modèles, nous montrons que des particules de cendre volcanique très fine peuvent persister pendant plusieurs mois dans la stratosphère, affecter la dynamique des panaches et le cycle de vie des aérosols. Ainsi, les aérosols issus de l’éruption du Raikoke ont montré des caractéristiques nouvelles qui remettent en cause l’approche commune de modélisation de l’impact climatique du volcanisme et invitent à revisiter l’impact d’éruptions volcaniques passées avec un nouveau regard.

Contacts

Paul Ruyneau de St-George (Univ. Lille, Laboratoire d’Optique Atmosphérique LOA),  paul.ruyneau-de-saint-george@univ-lille.fr

Marie Boichu (CNRS, Univ. Lille, Laboratoire d’Optique Atmosphérique LOA), marie.boichu@univ-lille.fr

Référence        

Ruyneau de Saint-George, P., Boichu, M., Bonnat, J., Grandin, R., Goloub, P., Mathurin, T., Pascal, N., (2026) « Record growth of stratospheric aerosols from 2019 Raikoke eruption with sulfate-coating of submicronic ash », Scientific Reports, 16, 27697, https://doi.org/10.1038/s41598-026-52949-y