Du 11 octobre au 11 décembre 2021, l’exposition « De la terre aux nuages - l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand » vous invite à la découverte de cet observatoire exceptionnel, fondé en 1871.
Ses activités scientifiques, portant sur les sciences de la Terre, de l’Atmosphère et de l’Univers, se mêlent ici à la dimension artistique avec le travail de création de Vincent Moncorgé.
Ce photographe a été accueilli durant toute l’année 2021 pour une résidence d’artiste à l’Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand, co-portée avec l’OPGC par :
- le Service Université Culture de l’Université Clermont Auvergne ;
- le Centre de Culture Scientifique, Technique et Industrielle de l’Université Clermont Auvergne ;
- la Délégation Rhône-Auvergne du Centre National de la Recherche Scientifique.
L’exposition revient également sur l’histoire de cette formidable aventure humaine et scientifique : à travers différents instruments et leur évolution au fil des âges, remontez dans le temps, jusqu’aux tous débuts de l’Observatoire.
Complétez votre découverte de l'exposition en découvrant plus de détails sur les différentes photographies présentées !
1. Lithothèque
Ligne 1 (haut) de gauche à droite :
1/ Métapélite granulitique (Arlanc)
2/ Amphibolite à gédrite, cummingtonite et grenat (Finlande)
3/ Enclave de péridotite dans basalte
4/ Syénite
5/ Granite orbiculaire (Finlande)
6/ Ponce
7/ Faciès rouges du Lembron - Formation sidérolithique
8/ Rhyolite porphyrique (Barrage de Villerest)
Ligne 2 (milieu) de gauche à droite :
1/ Granite (Montmarault)
2/ Traversin siliceux à aspect brèchique
3/ Pépérite et péridotite en enclave
4/ Ocre lavé (Saint Pompon)
5/ BIF (Formation de fer rubanée)
6/ Lave volcan Cotopaxi (Equateur)
7/ Stromatolithe
8/ Opale résinite brune (Cantal)
Ligne 3 (bas) de gauche à droite :
1/ Granite orbiculaire (Galice)
2/ Prismes de cuisson dans argiles rouges sous coulée basaltique (Ardèche)
3/ Lave du Piton Sainte-Rose (La Reunion)
4/ Stromatolithe bitumineux
5/ Orthogneiss du syénite néphélinique (Mozambique)
6/ Scapolite dans trachy-basalte (carrière Chuquet-Genestoux)
7/ Tonalite - 4 milliard d'années - Roche plus ancienne de la Terre
8/ Amphibolite à grenat et paragonite
2. Plateforme de Mesures Aéroportées
La Plateforme de Mesures Aéroportées est un ensemble d’instruments scientifiques dédiés à l’observation des nuages et la mesure in situ de leurs propriétés microphysiques (ex. : photo n°1 qui montre des images d’hydrométéores constitutifs des nuages de glace capturées par l’instrument 2DS, et dont on mesure la forme, la taille et la concentration). A ce titre, elle est déployée lors de campagnes de mesure pour échantillonner les différents types de nuage partout dans le monde. Les photos 2 à 6 montrent la préparation des instruments pour la mission CADDIWA, un projet de recherche qui étudie et documente les interactions entre nuages, aérosols et dynamique atmosphérique au-dessus de l’Afrique de l’Ouest. Les instruments sont d’abord vérifiés & calibrés en laboratoire à Clermont Ferrand (photo 3), puis intégrés sur F-GTHM, un Falcon 20 instrumenté pour la recherche en environnement de la flotte SAFIRE basé à Francazal. Les photos 2, 6 puis 4 montrent l’installation des sondes sous l’aile du Falcon. La photo 5 montre l’installation du système d’acquisition à bord de l’appareil d’où un scientifique contrôlera les instruments en temps réel pour réaliser les mesures en vol.
Les cristaux sont de la classe morphologique "Assemblages complexes de plaques, colonnes et dendrites". Images issues de la sonde 2DS. Montée sous les ailes d'avions de recherche, cette sonde prend plusieurs milliers d'images de cristaux de glaces ou de gouttes d'eau par seconde. Ce type de cristaux grandit par déposition de molécules d'H2O présentes dans la vapeur d'eau contenue dans l'air environnant. Ce processus produit des formes régulières (étoile, colonnes, plaques...) qui varient selon la température et la super saturation en vapeur d'eau à l'intérieur des nuages. Au cours de sa formation, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'il finisse par tomber hors du nuage, si un même cristal subit différents types de conditions il peut croître en suivant des modes de croissances multiples et ainsi obtenir une forme complexe. Cette forme ou morphologie témoigne donc de son histoire microphysique au sein du nuage.
4. Le Chalet du puy de Dôme
Le chalet du puy de Dôme accueille parfois de nouveaux instruments qui sont testés et évalués dans les conditions de ciel clair et nuageux.
C'est le cas ici d'un tout nouvel instrument (MOCCA) qui va permettre d'analyser la composition chimique des gaz, des particules et des gouttelettes d'eau du nuage. L’instrument de 200 kg a été déplacé à la station de l’observatoire du puy de Dôme au printemps 2021 grâce à une grue télescopique, pilotée à distance, et montée pour l’occasion qui lui a permis de franchir avec succès l’entrée de l’observatoire. Après la mise en route de l'instrument et une nuit passée au chalet, les chercheurs vérifient le bon fonctionnement de l'instrument.
Sur une autre image, Manon Rocco, en 3ème année de doctorat au Laboratoire de Météorologie Physique, étudie les origines et les sources des composés organiques volatils ou COVs dans l'atmosphère. Ici, elle prépare des solutions chimiques afin de capturer et de quantifier le formaldéhyde dans la salle chimie à l'observatoire du puy de Dôme. Le formaldéhyde est un composé clef dans la chimie atmosphérique, qui par sa rapide transformation dans l'atmosphère, forme de l'ozone troposphérique au cœur des problèmes sanitaires actuels.
5. Instruments
Groupe 1 (gauche) :
Haut gauche : Réglage du laser de COPLID (Lidar du site instrumenté COPDD). Le lidar COPLID est instrument qui émet des impulsions lasers dans l'atmosphère afin d'obtenir des informations sur les propriétés optiques des aérosols, sur un profil de 1 à 20 km d'altitude. La lumière du laser est rétro-diffusée par les molécules et particules atmosphériques, et collectée par un télescope avant d'être analysée sur différentes voies correspondant chacune à des longueurs d'ondes et polarisations différentes. Mais pour récupérer plusieurs longueurs d'ondes, il faut émettre plusieurs longueurs d'ondes avec le laser. L'opération effectuée sur cette photo représente le réglage du positionnement de cristaux qui permettent de doubler et tripler la fréquence du laser, et ainsi obtenir trois longueurs d'ondes à l'émission : la fréquence fondamentale à 1064 nm (proche infrarouge), la fréquence double à 532 nm (vert) et la fréquence triple à 355 nm (UV). - Patrick FREVILLE
Haut droite : Expérimentation sur un banc optique avec un chauffage laser dans la Cellule à Enclumes de Diamant. Une micro-presse diamantée, petite par sa dimension mais énorme comme générateur de pression ! Elle est utilisée pour sonder les profondeurs de la terre au-delà de 1000 km et jusqu’à même dépasser la frontière noyau-manteau (à 2900 km sous nos pieds). La pression est alors d’environ 135GPa (1 million 350 mille fois la pression atmosphérique) et la température d’environ 4000K. Le dispositif expérimental est opérationnel depuis 2018 au LMV. Ainsi, nous pouvons déterminer, sur la base dʼobservations optiques, la courbe de fusion de divers minéraux ainsi que les températures de solidus de géo-matériaux de compositions chimiques variées dans les conditions extrêmes de pression et de température. Concernant la photo : Une étape d’une expérimentation HP-HT. Mesure de la pression. L’alignement d’un faisceau laser de classe 3B est en cours. Le faisceau bleu doit être parfaitement focalisé sur une microbille de rubis confinée au côté du minéral étudié également de taille micrométrique dans la chambre expérimentale de la micro-presse. Le minéral étudié est la Bridgmanite, un minéral le plus abondant du manteau profond. Le faisceau laser est acheminé par un jeu de miroirs et de lentilles jusqu’au rubis. Le rubis dopé au ions Cr3+ émet une fluorescence dans le rouge en présence du faisceau excitateur. Une caméra de haute résolution permet une observation in situ. L’émission de lumière (fluorescence) est alors dirigée par un chemin optique spécifique jusqu’à l’entrée d’un spectromètre optique couplé à une caméra CCD pour être mesurée puis analysé pour déterminer avec précision la pression exercée sur le minéral étudié. La paire de lunette de protection n’est pas indispensable dans ce cas précis, la vision de réflexions diffuses est normalement sans danger mais la vision directe du faisceau laser toujours dangereuse. Pour l’étape de chauffage avec des lasers Infra Rouge de classe IV la lunette-masque de protection est obligatoire. - Laure PINSON
Bas gauche : Doctorant travaillant sur un instrument de mesure permettant la détection et le comptage de noyaux glaciogènes dans des échantillons d'air ou d'eau. Les noyaux glaciogènes sont des particules atmosphériques (taille < 20µm) initiant la formation de cristaux de glace dans l'atmosphère entre -5°C et -40°C. – Yannick BRAS
Bas droite : Réalisation d'une expérience à haute température (jusqu'à 1600°C) en four à atmosphère contrôlée. Cet équipement permet notamment de simuler des processus volcaniques de surface tel le refroidissement d'une coulée de lave. Il dispose d'un système de contrôle de l'atmosphère à l'intérieur du four par le biais d'un flux de mélange gazeux d'hydrogène et de dioxyde de carbone. – Nicolas CLUZEL
Groupe 2 (droite) :
Haut droite : L'ingénieur de recherche développe un instrument scientifique pour mesurer le spectre de taille des aérosols nanométriques pour la station du puy de Dôme. Sur cette photo, il vérifie la qualité des soudures de la carte électronique qui pilote l'instrument. Cette carte accueille des capteurs, un mini-ordinateur et un logiciel de pilotage. - David PICARD
Bas gauche : Tests et mesures sur radar VolDoRad2B (Radar Doppler volcanologique) développé entièrement par le service technique de l'OPGC et installé à 2800m sur l'ETNA. Son utilisation est l’étude et la surveillance des éruptions volcaniques explosives. – Claude HERVIER
Bas droite : Déploiement d’un nouveau disdromètre laser (LPM Thies Clima) dans le cadre d’une campagne de mesure d’inter comparaison et d’étalonnage instrumental sur le site de Montlosier Aydat. Le disdromètre laser initialement prévu pour l’étude des précipitations permet aussi de mesurer des chutes de cendre volcaniques au sol (nombre, taille et vitesse de chute) afin de caractériser les panaches volcaniques. Le disdromètre complète le parc instrumental du service national d’observation VOLDORAD (INSU-CNRS). Le SO VOLDORAD a pour objectif l’investigation de la dynamique des éruptions explosives par radar doppler et disdromètre laser. - Thierry LATCHIMY
6. Concentration
Photo 1 : Concernant cette photo, elle a été prise en fin de journée. J'étais sur mon ordinateur en train de coder un programme que je développe ( et qui est l'objet de mon premier papier). Ce genre d'activité demande souvent beaucoup de concentration et les heures défilent dans un grand silence. Masataka (en second plan) était concentré sur une carte du Japon. Le silence n'a finalement été rompu que lorsque le photographe est arrivé. Programmer peut être une occupation fatigante mais j'apprécie beaucoup cela et ça me détends beaucoup. Pour le coup, ça fait partie des quelques travaux que je ramène chez moi et il m'arrive régulièrement de coder jusqu'à tard, surtout les week-ends. Le développement d'outils numériques est aussi un aspect essentiel de la science et de la complexification des outils et méthodes qui n'est donc pas à négliger. - Guillaume GEORGEAIS
Photo 2 : La photo a été prise dans le laboratoire de spectroscopie Raman lors d'une séance d'analyse. Grâce à cette technique de microanalyse, il est possible d'effectuer la cartographie minéralogique d'un échantillon de roche placé sous le microscope optique. L'analyse doit être effectuée dans l'obscurité pour éviter la contamination du signal par des sources lumineuses externes. Pendant l’analyse nous observons le signal Raman qui est affiché sous forme de spectre pour pouvoir identifier la nature du minéral analysé. - Federica SCHIAVI
7. Campagne en Chaîne des Puys
Cette série de photographies montre plusieurs étapes de la mise en place d’une campagne de mesures en Chaîne des Puys à l’aide d’un drone.
- Ascension de l'équipe scientifique sur le flanc sud du petit Puy de Dôme, à la recherche d'un site de décollage adéquat.
- Décollage du drone équipé d’un capteur magnétique au sommet du petit puy de Dôme ; suivi de la mission de vol avec une télécommande et un ordinateur portable.
- Vérification du bon fonctionnement du capteur magnétique embarqué sur le drone ; puy de Dôme en arrière-plan.
- Transfert des paramètres de la mission et du plan de vol automatique, entre l'ordinateur portable et le drone (sommet du petit Puy de Dôme).
- Installation du drone sur l'aire de décollage, montage du capteur magnétique et contrôle des communications ; Puy de Dôme en arrière-plan.
10. Expérimentations
Grand format : Dans cette expérience, Baptiste Penlou ouvre la trappe d'un silo, chargé d'une masse de 26 kg de particules de 80 - 70 micromètres, à une hauteur de 3,57 m au-dessus d'un chenal. Les particules interagissent avec l'air ambiant lors de leur chute puis s'accumulent à la base du chenal et forment un écoulement qui se propagent latéralement. Cet écoulement analogue aux nuées ardentes (appelées " écoulements pyroclastiques " dans la communauté volcanologique) est étudié pour mieux comprendre la physique de ces phénomènes naturels destructeurs.
A gauche : Relevé effectué dans le cadre d’AuverWatch, service d’observation destiné à mesurer les paramètres quantitatifs et qualitatifs des masses d’eau caractéristiques en Auvergne. L’objectif est d’observer l’évaluation à long terme des hydrosystèmes soumis à des modifications anthropiques et climatiques.
A droite : La photo montre des expériences analogues au laboratoire sur des écoulements granulaires afin d´identifier les mécanismes de formation des rides (digitation) qui sont souvent observées dans les avalanches volcaniques. Les données obtenues à partir de ces expériences pourraient aider à mieux comprendre le phénomène des avalanches et générer des informations utiles pour la gestion des risques en faveur des populations situées à proximité des volcans. Cette thèse de doctorat s’achève dans le cadre d’un projet de collaboration entre le Laboratoire Magmas et Volcans de l’Université Clermont Auvergne (France) et l’Observatoire Volcanologique de l’INGEMMET (Pérou), avec le soutien financier de l’Institut de Recherche pour le Développement (IRD).
13. Expérimentations
De gauche à droite
N°2 : La première photo montre la mise en place de la tête de rodage avec les lames sur le plateau de la rôdeuse pour abrasion de celle-ci ; sur la seconde, on voit la vérification de l'épaisseur des lames sur la tête de rodages. – Christophe CONSTANTIN
N°4 : Dissolution de roches en salle blanche dans le but d’analyser leurs concentrations en éléments traces. En géochimie, nous analysons couramment les concentrations en éléments traces pour déterminer la nature et l’origine des roches que nous collectons sur le terrain. Ce travail est réalisé sous une hotte pour limiter les contaminations extérieures et protéger l’utilisateur car la dissolution des échantillons de roche nécessite l’utilisation d’acides très concentrés.
Sur la seconde image, les résines blanches conditionnées dans les colonnes en quartz (en arrière plan) sont utilisées pour séparer le Néodyme (Nd) du reste de l'échantillon. Le Nd est un élément chimique souvent analysé en géochimie car il est radiogénique, c’est à dire qu’il provient de la désintégration radioactif d’un autre élément chimique, ce qui nous permet de dater les roches qui se sont formées il y a plusieurs millions voire milliards d’années. – Marion GARCON
N°5 : La première photo montre l'étape de sciage. C'est la première étape de préparation d'un échantillon lorsqu'il arrive au laboratoire. Le sciage va nous permettre de réduire la taille de l'échantillon afin de pouvoir soit en faire un sucre pour des lames minces, soit pour le broyer. Sur la seconde photo on peut voir des morceaux d'un échantillon après sciage. Par la suite, ces morceaux seront concassés, puis broyés. – Emmy VOYER
N°7 : Rangement et classement d'échantillons
Un géologue doit impérativement échantillonner les roches sur le terrain afin de les étudier en laboratoire. Ceci est encore plus vrai aujourd’hui où l’on dispose d’une panoplie impressionnante d’outils analytiques chaque jour plus performants. Mais ensuite ? Lorsque les publications sont achevées les échantillons deviennent les témoins d’un phénomène ayant fait l’objet d’une recherche validée. A ce titre ils deviennent un patrimoine et doivent être soigneusement répertoriés et archivés pour des recherches futures. – Pierre BOIVIN
N°8 : Maud Boyet utilise le spectromètre de masse à thermo-ionisation pour l’analyse d’échantillons terrestres et extra-terrestres. En les mesurant, l’histoire précoce de la Terre et l’évolution du système solaire sera précisée. Avant d’être analysés par spectromètre de masse, les échantillons sont dissous et purifiés en salle blanche. Un seul élément du tableau périodique (le néodyme) est chargé sur le filament qui sera ensuite introduit l’instrument. Le néodyme permet de dater et caractériser les grands événements de formation de la Terre. – Maud BOYET
Remerciements à tous les contributeurs :
Rigoberto Aguilar, Pierre Boivin, Maud Boyet, Nicolas Cluzel, Aurélie Colomb, Christophe Constantin, Pierre Coutris, , Pamela Dominutti, Lydie Gailler, Marion Garçon, Guillaume Georgeais, Sylvaine Jouhannel, Olivier Merle, Julien Monteux, David Picard, Baptiste Penlou, Manon Rocco, Federica Schiavi, Emmy Voyer.
