Gouhier Mathieu

Gouhier_Mathieu

Physicien Adjoint, UCA-OPGC
Équipe de Volcanologie
Physicien Adjoint
Bureau: 1.13 - LMV Cezeaux
Téléphone: 04.73.40.55.88
Courriel : M.Gouhier@opgc.univ-bpclermont.fr

  • Activités de Recherche :

    1. Étude des panaches de cendres volcaniques : télédétection spatiale IR, sol, expérimentation in situ
    2. Étude du dégazage de SO2 volcanique : approche couplée sol/satellite
    3. Étude des coulées de lave : analyse dynamique et quantitative par télédétection spatiale
    4. Développement de méthodes de détection (monitoring) et de quantification (modèle direct, inversions)
    1. Étude des panaches de cendres volcaniques : télédétection spatiale IR, sol, expérimentation in situ
    Granulométrie et concentration des cendres (PM10) dans le nuage volcanique de Eyjafjallajökull (06/05/2010) obtenues par inversion des données spatiales IRT du satellite géostationnaire MSG-SEVIRI. (Bonnadona et al., 2012). Le modèle direct utilise la diffusion EM de Mie pour les propriétés optiques et l’approximation delta-Eddington/2-Stream pour le transfert radiatif. On observe que l’appauvrissement de la charge en particule est très rapide avec des valeurs <1g/m².

    Simulation numérique des dépôts de retombées de l’éruption du 23/02/2013 à l’Etna. Le modèle de dispersion/sédimentation utilisé est FALL3D, et l’initialisation du flux de masse à la source (Qs) est réalisé (a) à partir d’une paramétrisation IR-satellite et (b) à partir des hauteurs de panache. On observe que les dépôts modélisés avec l’équation satellite sont en bon accord avec les données d’échantillonnage au sol (en rouge). Cela montre que la méthode de hauteur de panache n’est pas adapté à l’estimation des flux source pour ce type d’éruption (Gouhier et al., in review).

    Détection Lidar d’un nuage de cendres le 19/04/2010 au-dessus de Clermont-Ferrand à une altitude de 3000m et d’une épaisseur de 500m, réalisée par l’OPGC. Le rapport de dépolarisation  nous renseigne sur la forme et donc la nature des particules. Les faibles valeurs obtenues (en blanc, 0.2-0.3) indiquent qu’il s’agit bien de cendres volcaniques. Modélisation de la retro-trajectoire de ce nuage à partir du modèle NOAA-HYSPLIT permettant d’associer ce nuage au panache de l’éruption du volcan Eyjafjallajökull survenue le 16/04/2010 et atteignant une altitude de 5400m (Labazuy et al., 2012).
    2. Étude du dégazage de SO2 volcaniques : approche couplée sol/satellite
    Quantification des flux de SO2 au Piton de la Fournaise  07/04/2007 (à gauche), réalisée à partir du capteur satellite MSG-SEVIRI. Nous avons utiliser la bande d’absorption à 8.7µm pour le dioxyde de soufre. La concentration en SO2 excède les 100 DU (Dobson Unit) et le panache émane clairement du Dolomieu (zone d’effondrement). La coulée de lave se met en place plus en aval et n’est pas la source du panache. Ces observations nous ont permis de proposer un modèle impliquant la présence d’un système hydrothermal (à droite) important au Piton de la Fournaise (Gouhier and Coppola, 2011).
    Série temporelle des masses de SO2 (en kt) du 1er  Septembre au 25 Novembre 2014 pendant l’éruption du Bardarbunga (Islande). Le flux moyen obtenu est de 1200 kg/s  et l’intégration sur la période donne une masse totale de 8.9Tg de SO2 émise dans l’atmosphère. En bas, 2 images issues du capteur satellite MSG-SEVIRI utilisant la bande d’absorption à 8.7µm. Elles montrent le panache de SO2 provenant du volcan et s’éloignant vers le sud (a) et vers le nord (b). La comparaison de ces flux   de surface avec les analyses pétro-géochimiques (inclusion magmatique, radioactivité, éléments traces, etc.) sur des échantillons « profonds » a permis d’une part de calculer des vitesses de transfert de magma depuis le réservoir profond jusqu’à la surface, mais aussi de suggérer un modèle « puits/sources » capable de libérer ou de piéger du dioxyde de soufre sous la forme de sulfures entre la zone de stockage et la surface (Gauthier et al., 2016).
    3. Étude des coulées de lave: analyse dynamique et quantitative par télédétection spatial
    Détection et suivi d’un coulée de lave réalisés à partir des données MSG-SEVIRI au Piton de la Fournaise. L’éruption a été détectée le 24 Aout 2015 à 15h00 UTC, (i.e., 5 minutes seulement après le départ de l’éruption indiqué par le tremor) et a été suivie pendant 68 jours avec une récurrence d’une image/15mins par le service HOTVOLC. La mise en place de la coulée en surface est synchrone avec la déformation du sol (GNSS data courtesy of OVPF) a proximité de la zone éruptive et associée à la propagation latérale du dyke et à l’ouverture de la fissure. En revanche, la déformation sommitale survient une heure avant l’éruption. Elle est associée à la mise en place d’un corps magmatique en profondeur.
    Quantification du flux lavique (m3/s) au Piton de la Fournaise pendant l’éruption du 24 Août au 31 Octobre 2015, à partir des données du satellite MSG-SEVIRI. Cette éruption à durée 68 jours et a pu être suivie en temps-réel par le service HOTVOLC (http://hotvolc.opgc.fr) sur la base d’une image/15mins. Le flux maximal de 60m3/s est enregistré au début de l’éruption, ce qui est cohérent avec la décharge initiale de magma sous pression. Rapidement, le flux lavique décroit à des valeurs proche de la moyenne globale (4.85m3/s). Le volume total émis est de 15 millions de m3 environ. Les flux lavique (i.e., VFR: Volume Flow Rate) sont obtenus (i) par l’estimation des volumes instantanés calculés à partir de la cartographie thermique spatiale (MSG-SEVIRI), et (ii) par la modélisation du taux de refroidissement de la coulée entre deux images successives.

     

    4. Développement de méthodes de détection (monitoring) et de quantification (modèle direct, inversions)
    Modélisation du signal radar Doppler réalisée à partir des données VOLDORAD 2 sur l’Etna pendant l’éruption de Juillet 2001. Ce travail méthodologique a permis la quantification de la masse et de la taille des pyroclastes éjectés à la source. Ceci a été réalisé grâce (i) au développement d’un modèle direct de diffusion électromagnétique de Mie, utilisé pour l’estimation/simulation des propriétés optiques (ex. backscatter efficiency, Qb) du signal radar synthétique; puis (ii) grâce à la mise en place d’un schéma d’inversion des données radar acquises sur le terrain (Gouhier and Donnadieu, 2008).
    Détection des anomalies thermiques (NTI*) réalisée à partir des données MSG-SEVIRI pendant l’éruption du 12-13 Janvier 2011 à l’Etna. (a) L’histogramme nous montre la distribution des valeurs de NTI* (Normalized Thermal Index) pour tous les pixels situés dans une zone de 10×10 le 12 Janvier 2011 à 23h15 UTC. 9 pixels ont des valeurs supérieures au seuil de détection, et sont identifiés comme “anomalies thermiques” par l’algorithme et associés à la présence de lave.(b) Cette carte représente la distribution spatiale de ces anomalies thermiques qui se concentration sur une zone de 3×3 avec des valeurs allant de 0.15-0.65 environ  (Gouhier et al., 2016).

     

     

     

  • Activités d’Observation :

    Responsable du Service d’Observation HOTVOLC

    Le Service d’Observation (SO) HOTVOLC a pour objectif le suivi temps-réel des éruptions volcaniques par télédétection spatiale infrarouge (MSG-SEVIRI). Le développement du SO est intégralement réalisé à l’OPGC (Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand) à l’aide du SDI (Service de Développement Informatique). Nous travaillons actuellement avec les données du satellite géostationnaire Meteosat-0° (MSG-SEVIRI) permettant ainsi une couverture du disque terrestre complet. Nous assurons le suivi opérationnel de 50 cibles volcaniques environ avec une récurrence d’une image toutes les 15 minutes. Depuis 2010, nous faisons, en continu, l’acquisition des données HRIT (par satellite) de MSG-SEVIRI grâce à nos accords de collaboration avec Eumetsat. Le traitement des produits est automatisé (C/Python) et les délivrables sont diffusés via une interface Web-SIG.

    • SO HOTVOLC est labellisé par la CSNO du CNRS-INSU depuis 2012
    • SO HOTVOLC relève de l’exercice de fonction officielle du SMN (Meteo-France) depuis 2018
    Interace Web-SIG HOTVOLC

    Délivrables HOTVOLC

    Actuellement nous calculons des produits satellites en temps-réel à partir du satellite MSG-SEVIRI (0° service) avec une récurrence d’une image toutes 15 minutes sur 50 cibles volcaniques environ (disque terrestre complet). Les produits se trouvent sous la forme (i) d’images géolocalisées (type raster/flag) téléchargeables au format “geotiff” et (ii) sous la forme de séries temporelles téléchargeables au format “csv”. Ces produits sont visualisables directement sur l’interface Web-SIG et offert au téléchargement librement.

    • Monitoring “Lave”
      • Radiance thermique @3.9µm (geotiff raster + CSV timeseries)
      • Indice Thermique Normalisé (NTI*) (geotiff flag)
      • Radiance spectrale totale (TSR) (CSV timeseries)
      • Nombre de points chauds (CSV timeseries)
      • Flux lavique (VFR) (CSV timeseries)
    • Monitoring “Cendres”
      • 2-bandes BTD (geotiff flag)
      • 3-bandes BTD (geotiff flag + CSV timeseries)
      • Aire du panache (CSV timeseries)
    • Monitoring “SO2”
      • BTD tropospheric @8.7µm (geotiff flag + CSV timeseries)
      • Aire du panache (CSV timeseries)
  • Responsabilités scientifiques et administratives :

    • Responsable du Service d’Observation HotVolc.
    • Co-Porteur du Projet CNES-TOSCA (22 k€ + 1 Ingénieur de recherche 2012-2013).
    • Membre délégué de l’École Doctorale (EDSF) à la commission de l’AERES (2007-2008).
    • Représentant des doctorants au conseil d’administration de l’OPGC (2005-2007).
    • Représentant des doctorants au LMV (2006-2008).
    • Membre de la commission paritaire d’évaluation des enseignements de Licence, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand.
  • Activités d’enseignement :

    • Établissement : Université Blaise Pascal.
    • Discipline : Géophysique, télédétection, modélisation numérique, volcanologie.
    • Niveau : Licence, Master, Doctorat, prépa CAPES-Agreg.
    • Cours invités : École thématique du 25-29 Juin 2012 à Catane (Sicile) dans le cadre du programme européen MEMOVOLC – Étude des panaches volcaniques par télédétection spatiale (Niv. Doc et Post-Doc)
  • Publications depuis 2010 :

    Rang A :
    • Smekens J.F., Gouhier M. (2018). Observation of SO2 degassing at Stromboli volcano using a hyperspectral thermal infrared imager. Journal of Volcanology and Geothermal Research vol.356, p.75-89, DOI:10.1016/j.jvolgeores.2018.02.018 .

    • Gauthier P.J., Sigmarsson O., Gouhier M., Haddadi B., Moune S. (2016). Elevated gas flux and trace metal degassing from the 2014–2015 fissure eruption at the Bárðarbunga volcanic system, Iceland. Journal of Geophysical Research - Solid Earth vol.121, p.1610–1630, DOI:10.1002/2015JB012111 .
    • Gouhier M., Guéhenneux Y., Labazuy P., Cacault P., Decriem J., Rivet S. (2016). HOTVOLC: a web-based monitoring system for volcanic hot spots. p.223-242, Detecting, Modelling and Responding to Effusive Eruptions. Harris, A. J. L., De Groeve, T., Garel, F. & Carn, S. A. (eds), Geological Society, London, Special Publications, 426, The Geological Society of London, DOI:10.1144/SP426.31 .


    • Chazette P., Bocquet M., Royer P., Winiarek V., Raut J.C., Labazuy P., Gouhier M., Lardier M., Cariou J.P. (2012). Eyjafjallajökull ash concentrations derived from both lidar and modeling. Journal of Geophysical Research 117, D00U14. DOI:10.1029/2011JD015755 .
    • Eychenne J., Le Pennec J.L., Troncoso L., Gouhier M., Nedelec J.M. (2012). Causes and consequences of bimodal grainsize distribution of tephra fall deposited during the August 2006 Tungurahua eruption (Ecuador). Bulletin of Volcanology 74, 187-205.. DOI:10.1007/s00445-011-0517-5 .
    • Ganci G., Harris A., Del Negro C., Guehenneux Y., Cappello A., Labazuy P., Calvari S., Gouhier M. (2012). A year of fountaining at Etna: volumes from SEVIRI. Geophysical Research Letters 39, L06305. DOI:10.1029/2012GL051026 .
    • Gouhier M., Harris A., Calvari S., Labazuy P., Guéhenneux Y., Donnadieu F., Valade S. (2012). Erratum to: Lava discharge during Etna’s January 2011 fire fountain tracked using MSG-SEVIRI. Bulletin of Volcanology vol.74, p.1261, DOI:10.1007/s00445-012-0614-0 .
    • Gouhier M., Harris A., Calvari S., Labazuy P., Guéhenneux Y., Donnadieu F., Valade S. (2012). Lava discharge during Etna’s January 2011 fire fountain tracked using MSG-SEVIRI. Bulletin of Volcanology vol.74, p.787-793, 4, DOI:10.1007/s00445-011-0572-y .
    • Hervo M., Quennehen B., Kristiansen N.I., Boulon J., Stohl A., Fréville P., Pichon J.M., Picard D., Labazuy P., Gouhier M., Colomb A., Schwarzenboeck A., Sellegri K. (2012). Physical and optical properties of 2010 Eyjafjallajökull volcanic eruption aerosol: ground-based, LIDAR and airborne measurements in France. Atmospheric Chemistry and Physics 11, 24631-24670. DOI:10.5194/acpd-11-24631-2011 .
    • Labazuy P., Gouhier M., Harris A., Guéhenneux Y., Hervo M., Bergès J.C., Cacault P., Rivet S. (2012). Near real-time monitoring of the April-May 2010 Eyjafjallajökull ash cloud: an example of a web-based, satellite data- driven, reporting system. International Journal of Environment and Pollution 48, 262 - 272. DOI:10.1504/IJEP.2012.049673 .

    • Calvari S., Salerno G.G., Spampinato L., Gouhier M., La Spina A., Pecora E., Harris A., Labazuy P., Biale E., Boschi E. (2011). An unloading foam model to constrain Etna’s 11–13 January 2011 lava fountaining episode: Journal of Geophysical Research, v. 116, p. B11207. DOI:10.1029/2011JB008407 .
    • Gouhier M., Donnadieu F. (2011). Systematic retrieval of ejecta velocities and gas fluxes at Etna volcano using L-Band Doppler radar: Bulletin of Volcanology, v. 73, p. 1139-1145. DOI:10.1007/s00445-011-0500-1 .

    Rang B et C :
    • Thivet S., Gurioli L., Di Muro A., Derrien A., Ferrazzini V., Peltier A., Gouhier M., Vlastélic I., Galle B., Arellano S., Bachèlery P. (2018). From golden pumice to dense scoria and ash emission: tracing the complex degassing and fragmentation history of the Piton de la Fournaise September 2016 basaltic eruption (LaRéunionIsland, France). vol.Geophysical Research Abstracts Vol. 20, EGU2018-12226, 2018 EGU General Assembly 2018.

    • Donnadieu F., Freret-Lorgeril V., Coltelli M., Scollo S., Gouhier M., Fréville P., Hervier C., Prestilippo M. (2017). Lava fountaining paroxysms generating tephra plumes at Mt. Etna: Remote sensing retrievals. IAVCEI General Assembly, Portland, Oregon.

    • Gouhier M., Guéhenneux Y., Cacault P., Labazuy P. (2016). Le service d'observation HOTVOLC. Revue d'Auvergne vol.260-261, p.355-370.

    • Gauthier P.J., Sigmarsson O., Moune S., Haddadi B., Gouhier M. (2015). Trace element degassing patterns and volcanic fluxes to the atmosphere during the 2014 Holuhraun eruption, Iceland. vol.17, p.EGU2015-10206-2, Geophysical Research Abstracts, EGU General Assembly 2015.
    • Gouhier M., Gauthier P.J., Haddadi B., Moune S., Sigmarsson O. (2015). Retrieval of lava and SO2 fluxes during long-lived effusive eruptions using MSG-SEVIRI: the case of Bárdarbunga 2014 activity. vol.17, p.EGU2015-9955, Geophysical Research Abstracts, EGU General Assembly 2015.
    • Haddadi B., Moune S., Sigmarsson O., Gauthier P.J., Gouhier M. (2015). Pre-eruptive volatile and erupted gas phase characterization of the 2014 basalt of Bárðarbunga volcanic system, Iceland. vol.17, p.EGU2015-9572, Geophysical Research Abstracts, EGU General Assembly 2015.

    • Azzaoui N., Guillin A., Gouhier M., Eychenne J., Valade S. (2014). Modélisation statistique pour la surveillance des éruptions volcaniques. Revue d’Auvergne 613, 153-170. .
    • Labazuy P., Gouhier M., Decriem J., Guéhenneux Y., Cacault P., Rivet S. (2014). HotVolc: Real-time satellite-data-driven system designed for operational monitoring of volcanic eruptions. Cities on Volcanoes 8, Oral, 9-13 Septembre, Yogyakarta, Indonésie. .

    • Valade S., Donnadieu F., Augier A., Gouhier M. (2011). Discriminating ash plume and ballistics using ground-based Doppler radar: constraints on eruptive parameters from inverse modelling. William Smith meeting : Remote sensing of volcanoes & volcanic processes: integrating observation & modelling, Geol. Soc..

    • Gouhier M., Labazuy P. (2010). Retrieval of volcanic product emission: Insight from MSG-SEVIRI measurements. in Colloque “Les satellites grand champ pour le suivi de l'environnement, des ressources naturelles et des risques», 21-22 janvier 2010, Clermont-Ferrand, France. .
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