Dans les profondeurs des geysers // In the depths of geysers

drapeau francaisDes chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley ont essayé de comprendre comment fonctionnent les geysers et pourquoi certains d’entre eux se manifestent avec la régularité d’une horloge. Pour leurs recherches, ils sont allés à Yellowstone, où ils ont observé le Vieux Fidèle et le Lone Star, et au Chili où les geysers d’El Tatio sont une attraction touristique. Leur conclusion est que des geysers comme le Vieux Fidèle entrent en éruption périodiquement en raison de la présence de boucles ou de chambres latérales dans leur plomberie souterraine.
En cliquant sur le lien ci-dessous, vous verrez une expérience en laboratoire destinée à illustrer ce sujet.
https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=SUNwIm3o-64

Selon les scientifiques, la clé du fonctionnement des geysers est « un coude ou une boucle souterraine qui piège la vapeur, puis la libère lentement sous forme de bulles qui vont chauffer la colonne d’eau au-dessus jusqu’à ce que sa température soit juste en deçà du point d’ébullition. Au final, les bulles de vapeur provoquent l’ébullition soudaine de la tête de la colonne, libérant la pression sur l’eau en dessous et lui permettant de bouillir elle aussi. La colonne d’eau entre en ébullition de haut en bas, propulsant eau et de vapeur à des dizaines de mètres de hauteur. »

De nombreux scientifiques ont voulu savoir pourquoi certains geysers se manifestent périodiquement, parfois avec la régularité d’une horloge. Selon le chimiste allemand Robert Bunsen qui a étudié le Grand Geyser en Islande en 1846, les éruptions commencent lorsque l’eau commence à bouillir à la surface, ce qui réduit la pression dans la colonne d’eau surchauffée et ce qui permet à l’ébullition de se propager de la surface vers le bas. L’eau sous pression bout à une température plus élevée, donc la réduction de pression de l’eau surchauffée lui permet de bouillir.
Les chercheurs de Berkeley ont conclu que Bunsen avait globalement raison, mais que ce sont les bulles qui s’échappent de la vapeur emprisonnée dans les conduits sous le geyser qui portent la colonne d’eau au point d’ébullition. Lorsque la colonne d’eau jaillit à la surface de la terre, plus de la moitié des émissions sont constituées de vapeur, même si la plus grande partie de la masse est de l’eau liquide. Le panache que l’on peut voir de loin est surtout dû à la condensation de la vapeur qui se transforme en gouttelettes d’eau dans l’air.

Au 20ème siècle, quelques chercheurs ont introduit des caméras à l’intérieur des geysers. Les images obtenues laissent supposer qu’il existe des cavités ou des boucles qui piègent les bulles de vapeur. Ils ont effectué de telles observations dans la Vallée des Geysers au Kamchatka. J’ai rédigé une note à ce sujet en février 2013:
http://volcans.blogs-de-voyage.fr/2013/02/16/a-linterieur-des-geysers-inside-geysers/

Aujourd’hui, les mesures effectuées à Yellowstone et au Chili établissent un lien entre les changements de température et de pression dans la colonne d’eau et la plomberie souterraine du geyser, ce qui explique les éruptions périodiques.

Les chercheurs californiens pensent que l’étude des geysers pourrait permettre de mieux comprendre les éruptions volcaniques qui ont beaucoup de points communs, mais qui sont beaucoup plus difficiles à étudier. En effet, il est possible d’introduire des capteurs de température et de pression jusqu’à une dizaine de mètres dans les geysers – chose impossible à faire sur un volcan – et de les corréler avec les mesures de surface à l’aide de capteurs sismiques et d’inclinomètres permettant d’étudier la séquence d’événements souterrains conduisant à l’éruption du geyser.
Source: Université de Berkeley (Californie)

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drapeau anglaisResearchers from the University of California at Berkeley have tried to understand how geysers work and why some of them erupt with the regularity of a clock. For their research, they went to Yellowstone where they observed Old Faithful and Lone Star, and to Chile where the Tatio geysers are a tourist attraction. Their conclusion is that geysers like Old Faithful erupt periodically because of loops or side-chambers in their underground plumbing.

By clicking on the link below, you will see an experiment in a lab destined to illustrate this topic.

https://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=SUNwIm3o-64

According to the scientists, the key to geysers is “an underground bend or loop that traps steam and then bubbles it out slowly to heat the water column above until it is just short of boiling. Eventually, the steam bubbles trigger sudden boiling from the top of the column, releasing pressure on the water below and allowing it to boil as well. The column essentially boils from the top downward, spewing water and steam tens of metres into the air.”

Why geysers erupt periodically, some with the regularity of a clock, has drawn the interest of many scientists. According to German chemist Robert Bunsen who studied the Great Geysir in Iceland in 1846, eruptions start when water starts to boil at the surface, reducing pressure within the superheated water column and allowing boiling to propagate downward from the surface. Pressurized water boils at a higher temperature, so reducing the pressure on overheated water allows it to boil.

The Berkeley researchers concluded that Bunsen was essentially correct but also that it’s the escaped bubbles from trapped steam in the rock conduits below the geyser that heat the water column to the boiling point. As the entire water column boils out of the ground, more than half the volume of stuff emerging is steam, though most of the mass is liquid water. The plume seen from afar is mostly steam condensing into water droplets in the air.

In the 20th century, a few researchers have stuck video cameras into geysers and seen features that suggest there are underwater chambers or loops that trap steam bubbles. They did it in the Valley of Geysers (Kamchatka). I wrote a note about this in February 2013:

http://volcans.blogs-de-voyage.fr/2013/02/16/a-linterieur-des-geysers-inside-geysers/

This time, the measurements made in Yellowstone and Chile link the temperature and pressure changes down the water column with the underground plumbing to explain the periodic eruptions.

The Californian researchers think that studying geysers might allow to gain insight into volcanic eruptions, which bear many similarities to geysers but are much harder to study. It is possible to feed temperature and pressure sensors as deep as 10 metres into geysers – something impossible to do with a volcano – and correlate these with above-ground measurements from seismic sensors and tiltmeters to deduce the sequence of underground events leading to an eruption.

Source: Université de Berkeley (Californie).

Lone-Star-Geyser

Lone Star Geyser (Parc de Yellowstone)   Photo:  C.  Grandpey