Le panache blanc-grisâtre libéré par l'éruption dans l'archipel polynésien est devenu le premier documenté à avoir pénétré une couche frigide de l'atmosphère appelée mésosphère, selon les scientifiques qui ont utilisé une nouvelle technique utilisant plusieurs images satellites pour mesurer sa hauteur.

Le panache était principalement composé d'eau, à laquelle se mêlaient un peu de cendres et de dioxyde de soufre, a déclaré l'expert en sciences atmosphériques Simon Proud, auteur principal de la recherche publiée dans la revue Science. Les éruptions des volcans terrestres ont tendance à contenir plus de cendres et de dioxyde de soufre et moins d'eau.

L'éruption assourdissante a envoyé des vagues de tsunami à travers l'océan Pacifique et a produit une onde atmosphérique qui a fait plusieurs fois le tour du monde. (Voir graphique associé)

"Pour moi, ce qui était impressionnant, c'est la rapidité avec laquelle l'éruption s'est produite. Elle est passée de rien à un nuage de 57 kilomètres de haut en seulement 30 minutes. Je ne peux pas imaginer ce que cela a dû être vu depuis le sol", a déclaré M. Proud, membre du National Centre for Earth Observation de Grande-Bretagne, qui travaille à l'Université d'Oxford et au STFC RAL Space.

"Une chose qui m'a fasciné est la structure en forme de dôme au centre du panache de l'ombrelle. Je n'ai jamais vu quelque chose comme ça auparavant", a ajouté Andrew Prata, spécialiste de l'atmosphère à Oxford et co-auteur de l'étude.

Les dommages et les pertes en vies humaines - six morts - ont été relativement faibles en raison de l'éloignement de l'éruption, bien qu'elle ait oblitéré une petite île inhabitée. Les Tonga sont un archipel de 176 îles avec une population d'un peu plus de 100 000 personnes, situé au sud-est des Fidji et juste à l'ouest de la ligne de changement de date internationale.

"Cela aurait pu être bien pire", a déclaré M. Proud.

Le panache s'est étendu à travers les deux couches inférieures de l'atmosphère, la troposphère et la stratosphère, et à environ 4 miles (7 km) dans la mésosphère. Le sommet de la mésosphère est l'endroit le plus froid de l'atmosphère.

"La mésosphère est l'une des couches supérieures de notre atmosphère et est généralement assez calme - il n'y a pas de temps familier là-haut et l'air est très sec et extrêmement mince", a déclaré Proud. "C'est l'une des parties de l'atmosphère les moins bien comprises car elle est très difficile à atteindre. Plus bas, nous pouvons utiliser des avions. Plus haut, nous avons des vaisseaux spatiaux. De nombreux météores brûlent dans la mésosphère, et c'est également là que se trouvent les nuages noctilucides (qui brillent la nuit), qui sont parfois visibles dans le ciel d'été vers les pôles."

Le panache était loin d'atteindre la couche atmosphérique suivante, la thermosphère, qui commence à environ 53 miles (85 km) au-dessus de la surface de la Terre. Une délimitation appelée ligne de Karman, à environ 100 km au-dessus de la surface de la Terre, est généralement considérée comme la frontière avec l'espace.

Jusqu'à présent, les panaches volcaniques les plus élevés enregistrés provenaient de l'éruption du Mont Pinatubo aux Philippines en 1991, à 25 miles (40 km), et de l'éruption du El Chichón au Mexique en 1982, à 19 miles (31 km). Les éruptions volcaniques du passé ont probablement produit des panaches plus élevés mais se sont produites avant que les scientifiques ne soient en mesure d'effectuer de telles mesures. M. Proud a déclaré que l'éruption du Krakatau en Indonésie en 1883 a probablement aussi atteint la mésosphère.

Les scientifiques n'ont pas pu utiliser leur technique standard de mesure d'un panache volcanique basée sur la température car l'éruption de janvier a dépassé la hauteur maximale pour laquelle cette méthode pouvait être utilisée. Ils se sont plutôt tournés vers trois satellites météorologiques géostationnaires qui ont obtenu des images toutes les 10 minutes et se sont appuyés sur ce que l'on appelle l'effet de parallaxe - déterminer la position de quelque chose en l'observant le long de plusieurs lignes de vue.

"Pour que l'approche de la parallaxe que nous utilisons fonctionne, il faut plusieurs satellites à différents endroits - et ce n'est que depuis une dizaine d'années que cela est devenu possible à l'échelle mondiale", a déclaré M. Proud.