L’interférométrie radar au service des volcans // InSAR and volcanoes

drapeau francaisAvec les progrès scientifiques, de nouvelles technologies sont utilisées pour essayer de comprendre le comportement des volcans. L’une des plus populaires est l’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR). Elle est applicable à de multiples domaines comme l’évolution des glaciers, un domaine très sensible avec le réchauffement climatique. Le radar enregistre deux images ou plus de la même région à des moments différents. En comparant les images, il est alors possible de détecter tous les changements susceptibles de s’être produits dans l’intervalle. L’interférométrie peut être réalisée par un seul satellite ou par deux satellites évoluant en tandem sur la même orbite.

Une enseignante du Département des Sciences de La Terre et de l’Institut de Cyberscience de l’Université de Pennsylvanie (Penn State) étudie le Kilauea (Hawaii) depuis plusieurs années et elle est sur le point de commencer une nouvelle étude en utilisant l’InSAR.

Le Kilauea est en éruption depuis 32 ans et il y a donc une grande quantité de magma qui monte des profondeurs. Il sera intéressant d’étudier quelles sont les différentes sources magmatiques ainsi que les relations qui peuvent exister entre elles.

L’un des éléments clés pour répondre à cette question se trouve dans les déformations qui se produisent à la surface du volcan. En effet, les déformations en surface sont forcément provoquées par des mouvements en profondeur.

Pour commencer son étude, l’universitaire pennsylvanienne va rassembler les données satellitaires qui se trouvent dans les archives. Elle va examiner les déformations de surface qui ont précédé et suivi un événement naturel (séisme ou éruption) sur le Kilauea. Elle utilisera ensuite ces données pour créer deux images : une avant l’événement naturel et une après. Ainsi, elle pourra voir dans quelle mesure l’événement naturel a modifié la surface du sol. Il est possible de combiner les deux images pour créer un interférogramme, autrement dit une image InSAR beaucoup plus globale de la situation. Cette image utilise la couleur pour traduire les mouvements du sol, comme on peut le voir dans l’image au bas du texte.

Les images InSar peuvent être créées à partir de deux images, mais la chercheuse a également recours à une approche multi séries baptisée Multi-Temporal (MT) InSAR quand un nombre suffisant d’images radar est disponible. Cette approche qui bénéficie d’images multiples est plus précise, mais elle requiert beaucoup plus de données et aussi une puissance informatique plus importante.

Après avoir créé les images InSAR, la scientifique pourra commencer à les utiliser pour prévoir le comportement en profondeur du Kilauea. Elle utilisera également une technique appelée modélisation inverse pour étudier la ou les causes des déformations.

Les mouvements du magma ne sont pas le seul facteur susceptible d’affecter le comportement du Kilauea. Le flanc sud du volcan a tendance à avancer, peut-être à cause du système d’alimentation et de l’activité du volcan. Même si le flanc sud avance vers l’océan à raison de 6 à 10 centimètres par an, il faut savoir que des séismes ont entraîné dans le passé des déplacements encore plus importants et même déclenché des tsunamis.

Des technologies comme l’InSAR sont très intéressantes car elles permettent de faire des recherches sans avoir  l’obligation d’être sur le terrain.

Source: Penn State

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drapeau anglaisWith scientific progress, new technologies are being used to try and understand the behaviour of volcanoes. One of the most popular is called Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) which is applicable to multiple domains like the glaciers which are very sensitive to global warming. The radar records two images or more of the same region at the different moments. By comparing the images, it is then possible to detect all the changes susceptible to have occurred in the meantime. InSAR can performed by a single satellite or by two satellites evolving in tandem on the same orbit.

An assistant professor in the Department of Geosciences and the Institute for CyberScience at the Pennsylvania State University (Penn State) has been studying Kilauea volcano for several years and is getting ready to start a new project using InSAR.

The volcano has been erupting for 32 years, so obviously there’s a lot of magma coming from below and it would be interesting to know where all these magma sources are and how they relate to each other. One of the keys to answering this question is found in the deformations happening on the surface of Kilauea. Indeed, a change of deformation on the volcano’s exterior implies something that causes the change much deeper below the surface.

To begin the process, the Pennsylvanian researcher gathers satellite data from archived databases. She looks for information about changes in elevation from before and after a natural hazard event – an eruption or earthquake, for example. She then uses this data to create two images: one from before the natural event and one from after. This shows how the event changed the ground’s surface. The two pictures can then be combined to create a single, much more comprehensive InSAR image called an interferogram, which uses colour to represent movement. (see example with the image below)

While InSAR images can certainly be created from two images, she also uses a time-series approach called Multi-Temporal (MT)-InSAR when enough radar images are available. This technique uses multiple images instead of two. This approach is much more accurate, but it also requires much more data and computing power

After creating the InSAR images, the researcher can begin to use them to predict what might be happening underneath Kilauea. She uses an approach called inverse modeling to estimate what caused the deformation.

Magma processes aren’t the only things that could be affecting Kilauea’s behaviour. The southern flank of the volcano is moving away from the island, and this could also be influencing the volcano’s magma plumbing system and activity. Although the flank is slipping seaward at an average speed of 6 to 10 centimetres a year, earthquakes in the past have caused more drastic movement and have even generated tsunamis.

Remote-sensing technologies like InSAR are important because they allow researchers to do important research without physically being on location.

Source: Penn State.

INSAR-blog

Interférogramme InSAR couvrant la période du 5 mai au 20 juin 2007. Elle montre les déformations du sol provoquées par le séisme du 24 mai 2007 sur le Kilauea.  (Source:  Penn State)