Eclairs volcaniques

On sait depuis fort longtemps que les éruptions volcaniques s’accompagnent d’éclairs mais ce n’est que récemment que les scientifiques ont commencé à installer des stations afin de pouvoir analyser cette activité électrique et étudier ses causes.

Au début de l’année 2009, l’augmentation de l’activité sismique sous le Mont Redoubt (Alaska) a attiré des chercheurs du Mexique et d’Alaska. Ils ont rapidement installé de petites stations équipées d’antennes VHF afin d’enregistrer les radiations émises par les décharges électriques des éclairs si une éruption venait à se produire. Deux mois plus tard, le Redoubt entrait effectivement en éruption et fournissait à l’équipe scientifique une très grande quantité d’informations.

Les chercheurs ont découvert qu’il existait une corrélation entre le nombre d’éclairs et la hauteur du panache, un phénomène qu’ils n’avaient pas été en mesure de tester auparavant car ils ne disposaient pas de suffisamment de données. Ils ont alors suggéré d’installer sur d’autres volcans, en particulier les moins accessibles, des stations VHF comme celles sur le Redoubt. Cela permettrait d’annoncer une éruption et d’avoir une idée de son importance.

Les informations recueillies ont aussi permis aux scientifiques de comprendre comment les nuages volcaniques s’électrifient selon les processus qui séparent les charges négatives et positives dans différentes régions du nuage. Comme lors des éruptions précédentes, ils ont mis en évidence deux types d’éclairs volcaniques : de petites décharges électriques au niveau de la bouche éruptive et des décharges beaucoup plus importantes plus haut dans le panache. Les deux types d’éclairs semblent avoir des origines différentes. Les décharges les plus faibles proviennent d’une électrification qui se produit quand la lave sort de la bouche et se trouve réduite en petites particules. Les éclairs dans le panache proprement dit sont probablement dus à la congélation de l’eau, phénomène qui, pense-t-on, électrifie les nuages pendant les orages. L’hypothèse de la congélation de l’eau a été confirmée par l’éruption de l’Eyjafjallajökull (Islande) en 2010. Les scientifiques ont alors découvert que les éclairs apparaissaient dans le panache uniquement lorsque la température au sommet du panache chutait en dessous de -20°C.

Le Met Office islandais a une approche différente des éclairs volcaniques : il utilise des stations situées pour la plupart en Europe et qui enregistrent les ondes radio de très basse fréquence. L’avantage de ce système est qu’il peut détecter les éclairs produits par les éruptions à plus de 10 000 km de distance alors que les systèmes VHF doivent être à proximité du volcan. En revanche, le système VHF bénéficie d’une meilleure résolution et il est capable de capter des décharges d’éclairs beaucoup plus faibles.

La meilleure solution serait probablement d’associer les capteurs VHF et les capteurs basse fréquence pour contrôler les éclairs et ainsi mettre en garde sur la présence de nuages de cendre.

Source : Nature.com.

We have known for a very long time that eruptions often trigger lightning storms, but researchers have only recently started to set up monitoring stations to capture that electrical activity and study its causes. In early 2009, seismic activity beneath Alaska’s Mount Redoubt provided an opportunity for a Mexican-Alaskan team. They raced to the mountain and set up four small monitoring stations with very high frequency (VHF) antennas to record the radiation from any lightning discharges. Two months later, Mount Redoubt erupted and the team was deluged with data.

The researchers found that the amount of lightning correlated with the height of the plume, something they could not test using more limited data collected previously. They suggested that VHF stations similar to the ones they installed at Mount Redoubt could be used to monitor other volcanoes, especially remote ones, to give early warning of an eruption and an estimate of its size.

The readings could also help researchers to determine how volcanic clouds become electrified through processes that separate negative and positive charges in different regions of the cloud. As in previous eruptions, the team found two different types of volcanic lightning: small bursts right at the mouth of the vent and much larger discharges higher up in the ash plume. The two may have different origins. The small bursts seem to stem from an electrification process that happens when the magma is emerging from the vent and breaking into small particles. But the lightning in the plume could relate to the freezing of water, which is thought to electrify clouds in thunderstorms. Support for the freezing hypothesis came from a study of the 2010 eruption of Eyjafjallajökull in Iceland. Scientists found that the lightning in the plume only occurs when the temperature at the top of the ash cloud dips below -20 ºC.

The Met Office uses a different approach to monitoring lightning: a network of stations located mainly in Europe that record very low frequency radio waves. The advantage of that system is that it can detect lightning from eruptions more than 10,000 kilometres away, whereas the VHF system must be within sight of the volcano. But the VHF system has much better resolution and can pick up weaker lightning discharges.

The best solution would probably be to combine both VHF and low-frequency sensors to monitor lightning and provide quick warning of dangerous ash clouds.

Source : Nature.com.