La modélisation informatique au secours de la surveillance volcanique // Computer models help with volcano monitoring

drapeau francais   Les scientifiques utilisent plusieurs techniques pour étudier les processus qui se déroulent sous les volcans actifs, là où l’on ne peut pas voir directement ce qui se passe. Au HVO, ils utilisent les séismes, les déformations de terrain, les émissions de gaz, et les observations géologiques afin de comprendre ce qui se passe sous le Kilauea.

Grâce à ces informations, les scientifiques élaborent des «modèles» informatiques pour expliquer ce qui se passe à l’intérieur du volcan. Ils commencent aujourd’hui à utiliser des super ordinateurs pour modéliser les interactions entre les différentes parties d’un volcan. Ces nouveaux modèles divisent un volcan schématique en milliers de petits morceaux, ou «éléments». Il est possible de demander à chacun de ces éléments d’agir dans certaines conditions. Par exemple, s’il est chauffé, l’élément sait à quelle température il va fondre. Chaque élément interagit également avec ses voisins. De cette façon, les scientifiques peuvent simuler un événement tel que la déflation et l’inflation au sommet du Kilauea.
Les modèles informatiques sont élaborés en utilisant des informations fournies par les appareils de surveillance du HVO, tels que les volumes de lave émis, les lieux des séismes et les déformations de surface, afin de donner une représentation des événements aussi précise que possible. Les scientifiques peuvent ensuite utiliser ces modèles pour étudier les facteurs que nous ne connaissons pas, comme le volume et la pression du magma dans le réservoir magmatique sommital ou la vitesse d’alimentation en magma. L’objectif est de trouver des combinaisons de paramètres «inconnus» qui permettent de les faire correspondre à des paramètres « connus ».

Les modèles informatiques du Kilauea sont utilisés de deux manières au HVO. La première consiste à évaluer ce qui est susceptible de se produire dans des endroits que nous ne pouvons directement observer. Par exemple, la déformation du sol au sommet du Kilauea suggère qu’il y a une chambre magmatique qui se gonfle et se dégonfle sous la lèvre E du Cratère de l’ Halema’uma’u. Le modèle informatique peut être utilisé pour évaluer la profondeur de cette chambre magmatique ; elle a été estimée à environ 1,5 km.
La deuxième utilisation est de prévoir ce qui pourrait arriver à plus ou moins long terme. Par exemple, si plus de magma est injecté dans la chambre magmatique, quel type d’activité volcanique pourrait se produire? Y aurait-il une éruption au sommet? Y aurait-il une modification de l’éruption sur l’East Rift Zone ?
Force est de constater que la plupart des modèles informatiques sont faux parce qu’ils sont fondés sur des hypothèses et des simplifications. Aucun modèle ne sera jamais juste, mais les scientifiques peuvent apprendre des choses à partir de ces modèles.
Les modèles informatiques ne sauront jamais reproduire les systèmes naturels parfaitement ou complètement, mais ils fournissent un moyen d’enquêter sur ces systèmes afin que les scientifiques puissent comprendre leur fonctionnement.
Bien que les modèles scientifiques existent depuis le début des observations, les nouveaux «super modèles » informatiques représentent une avancée significative dans la façon de comprendre et interpréter les données.

Source : HVO.

drapeau anglais   Scientists use many techniques to infer the processes occurring beneath active volcanoes, where we can’t directly see what is happening. At HVO, they use earthquakes, ground deformation, gas emissions, and geologic observations to understand what’s going on beneath Kilauea.

Using this monitoring information, scientists develop « models » to explain what is happening within the volcano. They are starting to use super computers to model interactions between different parts of a volcano. These new models split a schematic volcano into thousands of small pieces, or « elements. » Each of these elements can be told how to act under certain conditions. For example, if it is heated, the element knows what temperature to melt at. Each element also interacts with its neighbours. In this way, scientists can simulate an event—like the deflation and inflation at Kīlauea’s summit.
The models are built using information from HVO’s monitoring efforts, such as erupted volumes, earthquake locations, and surface deformation, so that they are as accurate a depiction of real events as possible. Scientists can then use these models to investigate factors that we don’t know, like the volume and pressure of magma within the summit magma reservoir or the rate of magma supply. The goal is to find combinations of « unknown » parameters that allow to match those parameters that are known.

Computer models of Kīlauea are being used in two ways at HVO. The first is to assess what might be happening in places that we can’t directly observe. For example, the ground deformation at Kīlauea’s summit suggests that there is a magma chamber that is inflating and deflating beneath the east margin of Halema’uma’u Crater. The computer model can be used to assess the depth of that magma chamber, which has been estimated at about 1.5 km.
The second use is to forecast what might happen in the future. For example, if more magma was pushed into the magma chamber, what volcanic activity might result? Would there be an eruption at the summit? Would there be a change in the eruption on the East Rift Zone?

One has to admit that most models are wrong because they are based on assumptions and simplifications. No model will ever be right, but scientists can learn things from these models.
Computer models will never reproduce the natural systems perfectly or completely, but they provide a means of investigating these systems so scientists can learn more about how they work.

 

Although scientific models have been in use for as long as there have been scientific observations, the new « supermodels » represent a significant advance in the way scientists understand and interpret the data.

Source: HVO.

Computer-model

Avec l’aimable autorisation du HVO.

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