Outil technologique de pointe, Voldorad
est un radar UHF moyenne puissance, adapté des radars Doppler profileurs de vent et
réalisé à l'OPGC spécifiquement pour l'étude et la surveillance au sol des éruptions
volcaniques explosives. Son principal intérêt est de pouvoir effectuer des mesures
directement à l'intérieur des panaches éruptifs et en plusieurs endroits simultanément
: réflectivité et vitesses des matériaux éjectés et des gaz. L'interprétation de ces
données doit aider à mieux comprendre la dynamique des jets éruptifs, en calibrant des
modèles numériques avec les mesures et la dynamique du magma dans le conduit, en
combinant les données radar avec d'autres méthodes de mesure (acoustiques, sismiques,
etc).
Il s'agit d'un des rares systèmes de radar Doppler appliqué à
la volcanologie dans le monde.
Le
Voldorad et son antenne
Actuellement, le radar se présente sous la forme d'une unité de
60 x 60 x 60 cm regroupant les chaînes de transmission, de réception et de traitement.
Ce coffret est associé à un système d'antenne composé d'un réseau de 4 antennes Yagi
de 24 éléments en carré.
Le radar est contrôlé par un ordinateur sur lequel on peut
suivre en temps réel le signal reçu. Il est aussi utilisé pour le stockage des
données.
L'heure est fournie par l'horloge interne du PC, synchronisée sur
l'heure GPS.
L'ensemble pèse environ 50 kg, ce qui permet de le transporter
dans un véhicule tout terrain et de l'installer rapidement près d'un volcan en éruption
pour effectuer des mesures à des distances de 400m à plusieurs kilomètres.
Alimenté par un générateur de 200W, ce radar de moyenne
puissance 60W délivre toutes les 100 microsecondes une impulsion électromagnétique de
fréquence 1,274GHz, soit une longueur d'onde l = 23,5 cm.
(Fig. III.1)
Le maximum de l'énergie émise
reste concentré dans un faisceau conique de 9° d'ouverture.
Fig. III.1 Signal radar de volcanologie
L'opérateur radar a la possibilité de positionner une
fenêtre d'écoute permettant de ne sélectionner en réception que les échos
correspondants à une certaine distance.
La
largeur de cette fenêtre dépend de la résolution radiale et est donc fonction de la
largeur de l'impulsion envoyée. 0,4
< t < 1,5ms
Le signal reçu peut donc être analysé par tranches de temps
successives au cours de la réception, qui correspondent à des portes en distance
le long de l'axe du faisceau.
La PRF Fo = 10kHz détermine la distance maximale
ambiguë:
dmaxi =
c. To/2 = c/ (2.Fo) = 15km
La résolution radiale
60m < Dd = c.t/2 < 225m
Le nombre d'intégrations cohérentes:
10 < Nc
< 100
La vitesse maximale ambiguë mesurable est :
½Vrmaxi ½£ l/(4Nc.To) = 5,875m/s à 58,75m/s
Le nombre de points de la FFT N = 64
La résolution en vitesse est:
dv = ½Vrmaxi ½/ N = 0,09m/s à 0,9m/s
Au sein d'un panache éruptif, les principales cibles dans le
faisceau radar sont constituées par les produits liquides ou solides (lave ou lave
refroidie) éjectés lors des explosions et propulsés à l'aplomb de l'évent par la
violente expansion des gaz volcaniques sous pression.
Voldorad peut donc mesurer pour chaque porte de distance, les
variations temporelles des vitesses moyennes des éjecta, obtenues par effet Doppler,
ainsi que la puissance de l'onde rétro diffusée (amplitude de l'écho).
Il est également possible de distinguer les particules
ascendantes et descendantes, qui engendrent des vitesses Doppler respectivement positives
et négatives.
Une particularité extrêmement utile de Voldorad est sa PRF de
10kHz qui permet l'étude détaillée d'un phénomène de courte durée tel qu'une
explosion isolée ou une séquence rapide d'explosions.
