Localisation des coulées de lave pahoehoe sur le Kilauea (Hawaii) // Locating pahoehoe lava flows on Kilauea Volcano (Hawaii)

Les coulées de lave pahoehoe constituent l’un des spectacles les plus populaires sur les volcans de type hawaïen, que ce soit sur la Grande Ile d’Hawaii ou sur l’Ile de la Réunion, par exemple. Lorsqu’elles sont accessibles, ces coulées avec leurs magnifiques cordages attirent des milliers de touristes chaque année. Cependant, à côté de leur aspect esthétique, les coulées de lave pahoehoe représentent un réel danger pour les zones habitées. Elles ont détruit une grande partie du village de Kalapana, recouvert la plus grande partie de la subdivision des Jardins Royaux et ont récemment menacé la bourgade de Pahoa.
Le problème avec les coulées pahoehoe, c’est que leur trajet est difficile à suivre et à prévoir, en grande partie en raison de leur comportement en fonction de la configuration du terrain. Lorsque la surface d’un épanchement pahoehoe se refroidit, des tunnels de lave peuvent se former et conduire la lave sous la surface d’écoulement. Cette lave peut alors émerger au niveau du front de la coulée active, ou sous forme de coulées éphémères qui s’échappent du réseau de tunnels. Ces émissions sporadiques peuvent se produire dans de nombreuses zones différentes le long d’une coulée à un moment donné et sont souvent dispersées sur des zones couvrant plusieurs kilomètres sur les flancs du Kilauea. La dispersion de ces sorties de lave éphémères rend difficile la surveillance des coulées pahoehoe. À certains égards, leur contrôle est souvent beaucoup plus difficile que celui des coulées a’a qui s’épandent souvent en un seul chenal de lave bien défini.
Jusqu’à récemment, les géologues de l’Observatoire des Volcans d’Hawaï (HVO) étaient dans l’incapacité de cartographier de manière fiable les bordures des coulées pahoehoe. Leur progression et élargissement donnaient une image de l’évolution du comportement de la lave, mais il était difficile de déterminer exactement l’emplacement de toutes les coulées éphémères à la surface de la coulée principale. En effet, ces émissions de lave ponctuelles se situent généralement bien à l’écart du front et des bordures des coulées. Parfois, elles avancent en direction de la bordure de coulée et entraînent la coulée principale dans une nouvelle direction.
Ces dernières années, les géologues du HVO ont développé une nouvelle technique pour cartographier l’activité sur l’ensemble de la surface d’une coulée pahoehoe. Au cours des survols en hélicoptère, ils utilisent désormais une caméra thermique portative pour recueillir une série d’images qui se chevauchent sur toute la longueur de la coulée de lave, depuis la source jusqu’à l’entrée dans l’océan. Ils utilisent ensuite un logiciel informatique pour assembler les images individuelles en une grande mosaïque. Ce type de logiciel utilise les images qui se chevauchent pour calculer la position 3D exacte de chaque pixel de l’image à la surface de la Terre. Les géologues insèrent quelques coordonnées connues dans la mosaïque d’images, comme des « points de contrôle au sol » (waypoints), qui permettent d’obtenir une «géo référence» de la mosaïque et sa position exacte à la surface de la Terre.
Cette mosaïque d’images thermiques est en soi une carte thermique de la surface de la coulée et elle révèle l’emplacement exact de toutes les émissions de lave actives à la surface de la coulée. La carte fournit ainsi une image très précise de l’activité de surface, ce qui permet aux géologues du HVO de mieux anticiper la progression de la lave. Un autre avantage est que les scientifiques peuvent cartographier avec précision la trajectoire du tunnel de lave principal qui présente une ligne de température plus élevée à la surface.
Ce logiciel montre avec quelle rapidité évolue la technologie. Il montre également comment de nouvelles techniques peuvent améliorer la capacité de surveillance des volcans hawaïens.
Source: USGS / HVO.
En ce qui me concerne, j’ai étudié le processus de refroidissement de la lave pahoehoe sur le Kilauea, en collaboration avec le HVO et le Parc National. Un résumé de ce travail se trouve sous le titre de ce blog.

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Pahoehoe lava flows are a common and spectacular feature on Hawaiian volcanoes. When they are accessible, they attract thousands of tourists every year. However, together with their aesthetic aspect, pahoehoe lava flows are a serious hazard to residential areas. They destroyed much of the town of Kalapana, buried most of the Royal Gardens subdivision, and most recently threatened the town of Pahoa.

A challenge with pahoehoe flows is that they are difficult to track and forecast, in large part owing to how they spread out on the ground. As the surface of a pahoehoe lava flow cools, lava tubes can develop and transport lava beneath the flow surface. This lava emerges at the active flow front, and on the flow surface in “breakouts” from the tube system. These lava breakouts can occur in many different areas along the length of a flow at any given time and are often scattered over areas spanning kilometres on Kilauea volcano. The scattered nature of breakouts is the main challenge for monitoring and forecasting pahoehoe flows. In some ways, monitoring pahoehoe flows can be much more difficult than monitoring aa flows, which are often focused in a single, well-defined lava channel.

Until recently, geologists at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) could only effectively map the margins of a pahoehoe flow. The advance and expansion of the flow margins provided a picture of evolving behaviour at the edge of the flow, but it was difficult to map out exactly where all the breakouts on the flow surface were located. Indeed, these breakouts are commonly positioned well away from the flow front and margins. Sometimes they advance to reach the flow margins, and drive the flow in a new direction.

Over the past few years, HVO geologists developed a new technique to map activity across the entire surface of a pahoehoe flow. During their routine helicopter overflights, they use a handheld thermal camera to collect a series of overlapping, oblique images along the entire length of the lava flow, from the vent to the ocean entry. They then use a computer software to stitch the individual images into a large mosaic. This type of software uses the overlapping images to calculate the exact 3-D position of each image pixel on the surface of the Earth. Geologists insert a handful of known coordinates in the image mosaic as “ground control” points, which provide “georeference” for the mosaic and orients it to its correct position on the Earth’s surface.

This mosaic of thermal images is basically a thermal map of the lava flow surface, and reveals the exact location of all the active surface breakouts. The map provides a highly accurate picture of surface activity, improving HVO’s ability to anticipate where lava might advance. The added benefit is that geologiqts can precisely map the path of the main lava tube, which produces a subtle line of warm temperatures on the surface.

This software is another example of how rapidly technology is changing. It also shows how new techniques can improve the ability to monitor Hawaiian volcanoes.

Source : USGS / HVO.

As far as I am concerned, I studied the cooling process of paehoe lava flows on Kilauea volcano, in collaboration with HVO and the national Park. An abstract of this study can be found under the title of this blog.

Carte physique et image thermique des coulées de lave du Kilauea le 12 octobre 2017 (Source : HVO).

Coulées éphémères sur le Kilauea (Photos: C. Grandpey)

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