Le GPS, de la navigation à la volcanologie // GPS, from navigation to volcanoes

Dans un article récent, des scientifiques du Yellowstone Volcano Observatory ont écrit une chronique expliquant comment un système peut être utilisé à des fins différentes de celles pour lesquelles il a été conçu à l’origine.
C’est le cas du Global Positioning System (GPS), qui est aujourd’hui l’une des techniques les plus efficaces pour suivre les déformations du sol à Yellowstone et sur les volcans en général.
Le système a été lancé en 1978 lorsque le Département américain de la Défense a mis sur orbite une constellation de satellites NAVSTAR pour fournir des informations de navigation à son personnel qui circulait dans des véhicules terrestres, des avions et des navires. Avec le GPS, ces personnes pouvaient savoir où elles se trouvaient et atteindre leur destination. Le service est rapidement devenu accessible aux civils, et la plupart des gens l’utilisent maintenant pour circuler avec leurs véhicules ou se repérer pendant une randonnée.
Aujourd’hui, à côté du NAVSTAR américain, le GLONASS russe et le Galilée de l’Union européenne sont d’autres systèmes de navigation par satellite (GNSS). La précision de ces systèmes varie en fonction des conditions de visibilité du ciel et d’autres facteurs, mais la marge d’erreur est généralement de 5 à 10 mètres pour la position horizontale et de 10 à 30 mètres pour l’altitude.
Cette marge d’erreur ne suffirait pas en volcanologie pour étudier la déformation d’un volcan sous la pression du magma. Les scientifiques effectuant de telles mesures doivent disposer d’une précision très fine, car la déformation d’un édifice volcanique est généralement une affaire de millimètres.
Le récepteur GPS d’une voiture ou d’un téléphone portable utilise les signaux radio des satellites de navigation comme horloge et règle virtuelles. Il mesure le temps nécessaire aux signaux pour parcourir la distance entre plusieurs satellites et le récepteur. Les signaux circulent à la vitesse de la lumière et les orbites des satellites sont connues. Ces informations, associées au temps de parcours des signaux, permettent au récepteur de calculer sa distance par rapport à chaque satellite à un instant donné. En utilisant les principes de la trigonométrie sphérique, le récepteur est capable de « fixer » sa position avec suffisamment de précision pour que les personnes puissent trouver leur chemin.
Pour atteindre une meilleure précision, les géodésistes ont conçu un récepteur qui traite les signaux des satellites de navigation de manière beaucoup plus précise. Au lieu d’utiliser le temps de parcours du signal pour calculer la distance entre les satellites et le récepteur, un récepteur géodésique compte le nombre de longueurs d’onde complètes et fractionnelles entre lui-même et plusieurs satellites à la fois. Les longueurs d’onde sont connues avec précision et les récepteurs géodésiques peuvent compter exactement le nombre de longueurs d’onde complètes. Au final, le récepteur est capable de déterminer instantanément la distance entre plusieurs satellites au millimètre près. Donc, avec un peu de trigonométrie sphérique, les scientifiques ont à leur disposition un moyen de surveiller la déformation du sol en utilisant un système conçu à l’origine pour la navigation avec des véhicules terrestres!
A Yellowstone, un réseau de stations GPS étudie en permanence l’évolution de la déformation du sol. Avec les informations fournies par un réseau de sismomètres et d’autres instruments de surveillance, les données GPS permettent aux scientifiques de mieux comprendre la structure complexe et les processus actifs des phénomènes qui se déroulent sous leurs pieds.
Source: Yellowstone Volcano Observatory.

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In a recent article, Yellowstone Volcano Observatory scientists have written a chronicle explaining how a system can be used for purposes different from those for which it was originally designed.

This was the case for the Global Positioning System (GPS) which is today one of the most effective techniques used to track ground deformation at Yellowstone and on world volcanoes.

The Global Positioning System had its start in 1978 when the U.S. Department of Defense began launching a constellation of NAVSTAR satellites to provide navigation information to its personnel in land vehicles, planes, and ships. With GPS, they could know where they were and how to get where they were going. The service soon became accessible to civilian users, and now most people use it to navigate in their car or to find their way around their favourite trail system.

Today, in addition to the United States’ NAVSTAR GPS, Russia’s GLONASS and the European Union’s Galileo are operational Global Navigation Satellite Systems (GNSS). The accuracy of such systems varies with sky view and other factors, but generally the margin of error is 5–10 metres for horizontal position and 10–30 metres for elevation.

This margin of error would not have been sufficient in volcanology to study the deformation of a volcano under the pressure of magma beneath the edifice. Scientists doing such measurements need to have a very sharp accuracy as the deformation is usually a matter of millimetres.

The GPS receiver in a car or on a cellphone uses radio signals from navigation satellites as a virtual clock and ruler. It measures the time required for signals to travel from several satellites at a time to the receiver. The signals travel at the speed of light and the satellites’ orbits are known. That information, plus the signals’ travel time, allows the receiver to calculate its distance from each satellite at a given instant. Using principles of spherical trigonometry, the receiver is able to « fix » its position well enough for people to find their way around.

To reach a better accuracy, geodesists designed a geodetic-grade receiver that processes signals from navigation satellites in a much more precise way. Instead of using signal travel times to calculate satellite-to-receiver distances, a geodetic receiver counts the number of full and fractional wavelengths between itself and several satellites at a time. The wavelengths are known precisely, and geodetic receivers can count the number of full wavelengths exactly. In the end, the receiver is able to determine its distance from several satellites instantaneously to within a millimetre or so. So, with a little spherical trigonometry you have a means to monitor ground deformation using a system that was originally designed to track jeeps !

At Yellowstone, a network of GPS stations tracks the changing pattern and pace of ground deformation continuously. Combined with information from a network of seismometers and other monitoring instruments, the GPS results help scientists unravel the complex structure and active processes that otherwise remain hidden underfoot.

Source: Yellowstone Volcano Observatory.

Station GPS au bord du Lac de Yellowstone (Crédit photo: USGS)

Kilauea (Hawaii): Pas de nouvelle éruption en vue ! // No new eruption in sight !

Il ne se passe toujours rien de significatif sur le Kilauea et aucun paramètre n’annonce une reprise de l’éruption. Pourtant, le HVO s’obstine à refuser d’admettre qu’elle est terminée. Il est bon de rappeler que les derniers soubresauts de la lave dans la Fracture n° 8 ont été observés le 25 août dernier et la lave a cessé d’entrer dans l’océan le 29 de ce même mois.

Le HVO a publié sur son site des photos montrant les Leilani Estates et les Lanipuna Gardens avant et après l’éruption. Vous obtiendrez des images de meilleure résolution en cliquant sur les liens ci-dessous :

https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/multimedia_uploads/multimediaFile-2629.jpg

https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/multimedia_uploads/multimediaFile-2630.jpg

https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/multimedia_uploads/multimediaFile-2631.jpg

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Nothing significant is being observed on Kilauea Volcano and no parameter announces a new start of the eruption. However, HVO insists on refusing to admit that it is over. It is worth remembering that the last lava in Fissure 8 was observed on August 25th and lava stopped entering the ocean on August 29th.
HVO has posted on its website photos showing the Leilani Estates and the Lanipuna Gardens before and after the eruption. You will get higher resolution images by clicking on the links below:

https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/multimedia_uploads/multimediaFile-2629.jpg

https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/multimedia_uploads/multimediaFile-2630.jpg

https://volcanoes.usgs.gov/observatories/hvo/multimedia_uploads/multimediaFile-2631.jpg

Source: USGS / HVO

Plus de pub sur ce blog ! // No more ads on this weblog !

A partir de maintenant, vous ne devriez plus être importunés par les écrans publicitaires qui figuraient au bas de mes notes. Je zappe les séquences publicitaires – parfois interminables – à la télévision; ce n’est pas pour en être encombré ici. Je souhaitais effectuer la démarche depuis pas mal de temps. Maintenant, c’est fait!

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From now on, you won’t be any more disturbed by the advertisements that used to appear at the bottom of my posts . I deliberately skip the ads – often desperately long – on television and I do not want to find them here! I wanted to do this for quite a long time and now it’s done!

Le séisme des Célèbes (Indonésie) // The Sulawesi earthquake (Indonesia)

Un violent séisme de M 7,5, d’origine purement tectonique, a frappé l’île des Célèbes, aussi appelée Sulawesi, le 28 septembre 2018. Il s’est produit après une première secousse de M 6,1 qui a fait un mort. Le dernier séisme avait son épicentre à 78 kilomètres au nord de la ville de Palu, capitale de la province du centre des Célèbes, et a été ressenti jusque dans le sud à Makassar, la capitale de l’île. L’alerte tsunami a été levée. Un peu trop tôt semble-t-il car une vague est venue un peu plus tard s’abattre sur le littoral. Il est fait état, selon les témoignages d’une vague de 3 à 6 mètres de hauteur. Une vidéo montre plusieurs vagues s’abattre sur plusieurs bâtiments et inonder une mosquée. S’agissant des vagues de tsunami, plus que leur hauteur, c’est l’énergie qu’elle développent qui est impressionnante.   Le dernier bilan (très provisoire) est d’au moins 384 morts (NB: 832 morts le 30 septembre 2018) et des centaines de blessés dans la ville de Palu. La panique a poussé les habitants à fuir vers les hauteurs.

Le séisme est survenu à la suite d’un décrochement de faille à faible profondeur à l’intérieur de la microplaque de la Mer des Moluques. Ces événements de décrochement ont généralement une taille d’environ 120 km x 20 km. D’une magnitude de M 6,5 ou plus, ils sont souvent destructeurs, tant sur le plan humain que matériel. Le séisme le plus important avait une magnitude de M 7.9 en janvier 1996, avec l’épicentre situé à une centaine de kilomètres au nord du séisme du 28 septembre 2018. Il a fait une dizaine de victimes, plus de 60 blessés et causé d’importants dégâts aux bâtiments.

Ces derniers événements montrent à quel point nous sommes démunis en matière de prévision sismique et de tsunami. Dans certaines régions du monde, des balises océaniques permettent de suivre la progression des vagues de tsunami. Il semble que la région des Célèbes – pourtant fortement exposée au risque sismique – ne soit pas dotée d’un tel équipement.

Source : Presse internationale, USGS.

Des images terribles:

https://www.francetvinfo.fr/monde/asie/seisme-et-tsunami-en-indonesie/en-images-rues-inondees-batiments-detruits-les-premieres-images-des-degats-apres-le-seisme-suivi-d-un-tsunami-en-indonesie_2962613.html

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A powerful tectonic M 7.5 earthquake struck Sulawesi on September 28th, 2018. It was recorded after a first  M 6.1 quake which caused one death. This last earthquake had its epicenter 78 kilometres north of the city of Palu, capital of the central province of Sulawesi, and was felt as far south as Makassar, the capital of the island. The tsunami warning was lifted. A little too early it seems because waves came later crashing down on the coast. There are reports of a wave 3 to 6 metres high. A video shows waves crashing into several buildings and flooding a mosque.  As far as tsunami waves are concerned, the energy they develop is more impressive than their height. The latest toll is at least 384 dead (NB: 832 on September 30th, 2018) and hundreds injured in the city of Palu. Panic pushed the inhabitants to flee towards the hills around the city.
The earthquake occurred as a result of a shallow strike-slip faulting inside the Moluccan Sea microplate. These strike-slip events are typically about 120 km x 20 km in size. With a magnitude of M 6.5 or more, they are often destructive, both human and material. The largest earthquake had a magnitude of M 7.9 in January 1996, with the epicenter located a hundred kilometres north of the September 2018 earthquake. It killed about ten people, injured more than 60 others and caused major damage to buildings.
These latest events show the difficulty of earthquake and tsunami forecasting. In some parts of the world, ocean beacons track the progress of tsunami waves. It seems that the Sulawesi region – although highly exposed to the seismic risk – is not equipped with such equipment.
Source: International Press, USGS.

Terrible images:

https://www.francetvinfo.fr/monde/asie/seisme-et-tsunami-en-indonesie/en-images-rues-inondees-batiments-detruits-les-premieres-images-des-degats-apres-le-seisme-suivi-d-un-tsunami-en-indonesie_2962613.html

Source: USGS

Le réchauffement climatique dans les Pyrénées // Global warming in the Pyrenees

On parle beaucoup des Pyrénées ces jours-ci à propos du changement climatique. Le record de journées sans gel a été largement battu au cours de l’été 2018 au Pic du Midi et le phénomène ne semble pas devoir ralentir. C’est ce que confirme CLIMPY, un projet de recherche transfrontalier réunissant Météo-France et les services météorologiques espagnol et catalan. Les climatologues français et espagnols ont étudié notamment les variations de températures et d’enneigement des deux côtés des Pyrénées.

Entre 1959 et 2010, les températures ont augmenté dans les Pyrénées de 1,2°C. D’après les projections incluses dans le projet, cette hausse n’est pas près de s’arrêter. A l’horizon 2050, les températures pourraient même augmenter de 4°C ! Les climatologues disent qu’ils ne cherchent pas à être alarmistes, mais à « éclairer sur les différents scénarios possibles ».

Ainsi, à la fin du siècle, les températures dans le massif pyrénéen pourraient être en hausse de 7°C. Pour l’instant, cette augmentation était constatée au printemps et en été mais les projections montrent que cela pourrait intervenir à toutes les saisons. La situation va inévitablement poser des problèmes, en particulier dans les stations de ski.

Au cours des trente dernières années, la fonte de la neige a été plus rapide au printemps, des deux côtés des Pyrénées. Le projet CLIMPY confirme que l’avenir ne devrait pas s’améliorer. Dans les Pyrénées centrales, à une altitude de 1.800 mètres, l’épaisseur moyenne de neige pourrait chuter de moitié d’ici 2050, tandis que la période de neige continue au sol diminuerait de plus d’un mois. Les stations de ski devront s’adapter et diversifier leurs activités.

Source : 20 Minutes.

NB : Je rentre d’un séjour dans les Pyrénées et je confirme que la situation climatique est préoccupante. Le 25 septembre, il faisait carrément chaud à 10 heures du matin sur la terrasse de l’observatoire du Pic du Midi de Bigorre (2877 mètres d’altitude) où les jours de gel se produisent au compte-gouttes. L’isotherme 0°C se trouve aux environs de 4500 mètres d’altitude. Les torrents ont un débit très faible, quand ils ne sont pas à sec. J’ai été surpris de voir le nombre de canons à neige déjà installés jusqu’au sommet des montagnes pour prévenir un éventuel déficit de poudreuse. L’hiver 2017-2018 a gâté les stations car la neige est tombée en abondance, mais le réchauffement climatique est une menace permanente. Il ne faudrait pas oublier qu’une abondance de neige traduit aussi un redoux global des températures en haute altitude…

 

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There is a lot of talk about the Pyrenees these days concerning climate change. The record of frost-free days has been largely beaten in the summer of 2018 at the Pic du Midi and the phenomenon does not seem to be slowing down. This is confirmed by CLIMPY, a cross-border research project bringing together Météo-France and the Spanish and Catalan meteorological services. French and Spanish climatologists have studied in particular the variations of temperature and snow on both sides of the Pyrenees.
Between 1959 and 2010, temperatures rose in the Pyrenees by 1.2°C. According to projections included in the project, this increase is not about to stop. By 2050, temperatures could even rise by 4°C! Climatologists say that they do not want to be alarmist, but to « shed light on the different possible scenarios ».
Thus, at the end of the century, temperatures in the Pyrenees could rise by 7°C. For the moment, this increase was noted in spring and summer, but projections show that this could occur in all seasons. The situation will inevitably cause problems, especially in ski resorts.
Over the past 30 years, snow has melted faster in the spring, on both sides of the Pyrenees. The CLIMPY project confirms that the future should not be better. In the central Pyrenees, at an altitude of 1,800 metres, the average thickness of the snow could fall by half by 2050, while the period of continuous snow on the ground would decrease by more than a month. Ski resorts will have to adapt and diversify their activities.
Source: 20 Minutes.

NB: I am from a trip to the Pyrenees where the climatic situation is worrying. On September 25th, it was really hot at 10 o’clock in the morning on the terrace of the observatory of the Pic du Midi of Bigorre (2877 metres a.s.l.) where the days of frost occur drop by drop. The 0°C isotherm is around 4500 metres above sea level. The torrents have a very low flow, when they are not dry. I was surprised to see the number of snow guns already installed to the tops of the mountains to prevent a possible snow deficit. The winter of 2017-2018 was a very good one the resorts as snow fell in abundance, but global warming is a permanent threat. It should not be forgotten that an abundance of snow also relects milder temperatures at high altitudes.

Records de chaleur au sommet du Pic du Midi (Photos: C. Grandpey)

La neige et la glace font cruellement défaut sur le massif pyrénéen, y compris au Cirque de Gavarnie avec la Brèche de Roland (Photos: C. Grandpey)

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion): L’éruption continue

L’éruption débutée le 15 septembre 2018 se poursuit. Le cône mentionné dans ma note précédente sur le volcan continue son édification. Il est désormais totalement fermé et surmonté par une bouche sommitale d’où s’échappent les projections de lave.
Les observations sur le terrain montrent que l’activité en tunnels de lave est désormais dominante. Les coulées s’échappent au sud du cône par un tunnel principal et ressortent par des résurgences situées à environ 150-200mètres en aval au sud du cône.

Source : OVPF.

Voici de nouvelles photos de l’éruption prises par Christian Holveck le 24 septembre.

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The eruption that started on September 15th, 2018 continues. The cone mentioned in my previous post about the volcano continues its edification. It is now completely closed with only a summit vent with lava ejections.
Field observations show that lava is lainly travelling in tunnels. Lava flows are coming out of the southern part of the cone through a main tunnel and emerge approximately 150-200 metres downslope of the cone.
Source: OVPF.
Here are new photos of the eruption taken by Christian Holveck on September 24th.

Photos: Christian Holveck

Le réchauffement climatique dans les Alpes: De Tignes à Annecy…

Le glacier de la Grande Motte à Tignes n’ouvrira pas comme prévu le 29 septembre. Les conditions ne sont pas réunies pour une ouverture avant au moins la mi-octobre. Il s’agit évidemment d’un nouveau signe inquiétant du réchauffement climatique. Ce retard entraîne des complications au niveau sportif car le glacier devait accueillir les skieurs des équipes de France qui organisent chaque année des stages pour terminer leur préparation pour l’ouverture de la Coupe du monde les 27 et 28 octobre à Sölden en Autriche.

Les responsables de la station de Tignes étudient attentivement les prévisions météorologiques pour établir un nouveau calendrier. Un anticyclone persiste sur les Alpes en ce moment, ce qui interdit l’arrivée de précipitations significatives.

Les équipes de France de ski ont pour habitude de venir s’entraîner chaque année à Tignes à cette époque de l’année. La situation sur le Glacier de la Grande Motte va entraîner des modifications. Le groupe technique hommes, après un stage en août et début septembre à Ushuaïa (Argentine) va terminer sa préparation à Saas Fee (Suisse). Les dames sont à Ushuaïa jusqu’au 3 octobre et profitent des conditions encore hivernales.

Au vu de l’évolution des glaciers en France et en Europe, on peut penser que les équipes de  France de ski vont décaler leur préparation dans l’hémisphère Sud et la prolonger en octobre au cours des prochaines années.

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Comme je l’ai écrit dans une note précédente rédigée à mon retour d’un voyage glaciaire dans les Alpes, le lac d’Annecy s’assèche dangereusement et son niveau d’eau n’en finit pas de baisser. Selon les dernières mesures effectuées le 24 septembre 2018, il a perdu 53 cm par rapport à sa cote légale de 80 cm. La situation devrait empirer au cours des prochains jours, faute de précipitations importantes. Une nouvelle baisse importante du niveau du lac (10 cm supplémentaires ?) est donc fortement prévisible.

Pas besoin d’être ingénieur pour comprendre la situation! Il suffit de s’approcher des berges du lac. Il faut s’éloigner de plusieurs dizaines de mètres de la plage pour avoir les chevilles mouillées, et il faut atteindre 200 à 300 mètres du rivage pour avoir de l’eau à mi-cuisse !

Comme je l’ai indiqué précédemment, les premières victimes de cet assèchement historique sont les loueurs de bateaux. Plusieurs se retrouvent au chômage technique ou quasiment, faute d’un tirant d’eau suffisant pour leurs embarcations. S’agissant des hors-bords sans permis, il faut les pousser, moteur relevé, jusqu’à 200 ou 300 mètres du rivage. Seules deux personnes sont autorisées à monter à bord, de manière à alléger le poids.

Un professionnel a été contraint d’arrêter la location des bateaux avec permis dès la fin du mois août, et il vient de prendre la même décision pour toutes les embarcations sans permis. Selon lui, la situation est pire que lors de la canicule de 2003, parce qu’en 2018 elle dure beaucoup plus longtemps.

Les navires de croisières qui conduisent des groupes de touristes français et étrangers sur le lac sont logés à la même enseigne. Selon l’une des responsables de la Compagnie des bateaux du lac d’Annecy, « le niveau du lac est vraiment critique depuis quinze jours, mais nous sommes impactés depuis trois semaines. Il a donc été décidé de réduire le nombre de croisières. La capacité des bateaux est également passée de 198 à 120 passagers, afin d’alléger un peu le poids et d’avoir un tirant d’eau suffisant. Cette situation n’a pas d’impact sur l’emploi des marins, mais l’arrière-saison est perturbée cette année. »

C’est évidemment le très beau temps – dont tout le monde se réjouit sans réfléchir – et les températures caniculaires de ces dernières semaines, avec le manque de pluie, qui sont à l’origine de l’assèchement historique du  lac d’Annecy. Les gens ont trop tendance à croire que le réchauffement climatique n’interviendra qu’en 2050, alors qu’il est là aujourd’hui. S’agissant du lac, c’est la 5ème alerte – et la plus forte – depuis 2003. Le lac est très sensible au réchauffement car il n’est alimenté que par deux petites rivières. Les jours de fortes chaleurs, on perd entre 1 et 2 cm d’eau par jour en raison de l’évaporation.

Pour tenter de prévenir ces épisodes d’assèchement du lac, appelés à se multiplier durant la saison estivale, l’idée est de faire fluctuer les niveaux de l’eau au gré des saisons, de manière à constituer des stocks en hiver et au printemps en prévision des fortes températures d’été. Le problème, c’est qu’il faudrait une autorisation de l’État car la cote stable de 80 cm toute l’année est imposée depuis la fin du 19ème siècle. Actuellement, pour parvenir à cette cote permanente, les agents du syndicat du lac d’Annecy jouent avec les vannes alimentant le canal voisin du Thiou. Cette façon de procéder est jugée archaïque et inadaptée aujourd’hui par les élus, et plus du tout en phase avec l’évolution du climat. La balle est maintenant dans le camp de l’Etat qui devra prendre une décision rapidement car le temps presse.

Source: Le Dauphiné Libéré.

Photo: C. Grandpey