Mois : décembre 2022

La neige sur la planète Mars // Snow on Mars

L’hiver sur Terre peut être très rigoureux comme on vient de le voir aux États-Unis, mais ce n’est rien à côté de l’hiver sur la planète Mars ! La NASA a découvert que la saison sur la Planète Rouge dure deux ans, avec des températures qui atteignent -123°C et des flocons de neige de forme cubique. Selon un rapport publié par l’Administration le 22 décembre 2022, lorsque le printemps arrive enfin, la fonte de la glace se transforme en une explosion de geysers. La surface de la planète se transforme en «un monde merveilleux sorti d’un conte de fée. »
La neige sur Mars se décline en deux catégories : glace d’eau et glace de dioxyde de carbone ou neige carbonique. Comme l’air sur Mars est extrêmement ténu et les températures extrêmement froides, la neige formée par l’eau glacée se sublime avant même de toucher le sol. En revanche, la neige carbonique atteint le sol.
Au lieu des flocons hexagonaux que nous connaissons sur Terre, ce sont des des cubes qui tombent du ciel sur Mars. Cela est dû à la forme prise par les cristaux de glace lorsque le dioxyde de carbone se transforme en glace. Ces flocons sont « plus fins qu’un cheveu », ce qui signifie que les congères les plus volumineuses mesurent rarement plus de quelques dizaines de centimètres de hauteur.
Les scientifiques de la NASA expliquent que le spectacle le plus fabuleux intervient peut-être à la fin de l’hiver lorsque toute la glace qui s’est accumulée commence à fondre. Cette glace prend alors des formes bizarres que les scientifiques ont comparées à des « araignées, des pelages de dalmatiens, des œufs au plat et du gruyère. »
Le dégel sur Mars donne aussi naissance à des geysers. Ces jets se forment lorsque la lumière du soleil pénètre dans la « glace translucide » et chauffe le gaz en dessous. Le gaz finit par éclater, créant des « éventails de poussière » entraînés ensuite par les vents martiens.
Selon un communiqué de presse, le Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA a découvert en 2015 des preuves que « de l’eau liquide coule par intermittence sur la planète Mars. » Les scientifiques pensent qu’une grande partie de l’eau sur Mars s’est évaporée il y a entre 2 et 2,5 milliards d’années à mesure que l’atmosphère de la planète s’est amincie avec le temps.
Source : médias d’information américains.

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Winter on Earth can be brutal as we have just seen in the U.S., but NASA has found that the season on Mars lasts two years, with freezing temperatures of -123°C and cube-shaped snowflakes. According to a report released by theministration on December 22nd, 2022, when spring finally arrives, thawing ice explodes in geysers. The surface of the Red Planet transforms into « a truly otherworldly vacation scene. »

Snow on Mars comes in two varieties: water ice and carbon dioxide or dry ice. Because the air on Mars is so thin and temperatures so cold, water ice snow sublimates before it even touches the ground. On the contrary, dry ice snow is actually reaching the ground.

Instead of the hexagonal flakes like on Earth, cubes fall from the sky on Mars. This is because of the way ice crystals form when carbon dioxide freezes. These flakes are “smaller than the width of a human hair,” meaning even the largest snowdrifts are rarely more than a few tens of centimeters tall.

NASA scientists say that perhaps the most fabulous discovery comes at the end of winter, when all the ice that has accumulated begins to thaw. As it does so, this ice cream takes on bizarre and beautiful shapes that scientists have reminded of « spiders, Dalmatian spots, fried eggs and Swiss cheese. »

This thaw also causes geysers. These jets are formed when sunlight penetrates the “translucent ice” and heats the gas underneath. The gas eventually bursts out, creating “dust fans” driven by the Martian winds.

According to a press release, NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter found evidence in 2015 that « liquid water is intermittently flowing on present-day Mars. » Scientists believe that much of the water on Mars evaporated between 2 and 2.5 billion years ago as the planet’s atmosphere thinned over time.

Source : U.S. News media.

Cette image montre les geysers à la surface de Mars. Selon la NASA, « la glace de dioxyde de carbone translucide laisse passer la lumière du soleil et chauffe les gaz qui s’échappent par des évents en donnant naissance à des éventails de poussière. » (Source: NASA)

2023 sera une autre année chaude // 2023 will be another hot year

D’après le Met Office, l’année 2023 sera l’une des plus chaudes jamais observées. La température moyenne à l’échelle de la planète devrait se situer entre 1,08°C et 1,32°C, avec une estimation centrale de 1,20°C au-dessus de la moyenne de la période préindustrielle (1850-1900). Il s’agirait alors de la dixième année consécutive avec des températures atteignant au moins 1°C au-dessus des niveaux préindustriels. L’estimation centrale de 1,20°C pour 2023 représenterait la 4ème anomalie la plus élevée des annales. L’année 2022, quant à elle, est en passe d’être la 5ème ou 6ème année la plus chaude sur la planète. On sait d’ores et déjà (voir la note du 7 décembre 2022) que ce sera l’année la plus chaude jamais enregistrée en France.

Le graphique ci-dessous montre l’évolution de la température globale de 1880 à 2022 (données provisoires pour 2022) par rapport à la période préindustrielle (moyenne 1850-1900) :

 

Sources : NOAA, NASA, ERA5, Berkeley Earth

Un phénomène doit être pris en compte dans les prévisions climatiques globales. La température mondiale au cours des trois dernières années a été influencée par l’effet de refroidissement généré par un long épisode La Niña dans le Pacifique oriental.

Pour l’année 2023, le modèle climatique du Met Office indique la fin des trois années consécutives avec La Niña et un retour à des conditions relativement plus chaudes dans certaines parties du Pacifique tropical. Il y aura une première transition entre l’épisode La Niña et une phase neutre, elle même suivie d’une épisode El Niño. Ce changement conduira très probablement à une hausse de la température mondiale.

Jusqu’à présent, 2016 et 2020 ont été les années les plus chaudes depuis le début des observations en 1850. 2016 a été une année El Niño où la température mondiale a été dopée par des eaux plus chaudes dans certaines parties du Pacifique tropical lors de l’hiver 2015-2016. 2020 a été stimulée par les conditions relativement chaudes du Pacifique en 2019, mais dans une bien moindre mesure que l’épisode majeur de 2016.

Sans épisode El Niño significatif, 2023 ne sera peut-être pas une année record. Malgré tout, avec l’augmentation en cours des émissions mondiales de gaz à effet de serre, il est probable que l’année prochaine sera une autre année remarquablement chaude. Certains modèles prévoient l’émergence de conditions El Niño dans la 2ème partie de l’année 2023 mais les effets devraient principalement se faire sentir fin 2023 et surtout en 2024.

Il faut noter que les prévisions du Met Office sont basées sur les principaux moteurs du climat mondial, mais elles n’incluent pas les événements imprévisibles tels que les grandes éruptions volcaniques qui provoqueraient un refroidissement temporaire.

D’après une analysée publiée par l’Organisation météorologique mondiale (OMM) début 2022, il est extrêmement probable que l’une des cinq prochaines années soit la plus chaude jamais enregistrée, battant le record de 2016, avec un dépassement de 1,5°C au-dessus des niveaux préindustriels.

Dans le cadre de l’Accord de Paris de 2015 (COP 21), les pays ont convenu de maintenir le réchauffement climatique bien en dessous de 2°C, et de préférence de le limiter à 1,5°C par rapport aux niveaux préindustriels. D’après l’OMM, c’est désormais du 50/50 pour qu’au moins une année dépasse 1,5°C au-dessus des niveaux préindustriels d’ici 2026. Une seule année de dépassement de 1,5°C ne signifie pas que la planète a dépassé officiellement le seuil emblématique de l’Accord de Paris. Elle révèle que nous nous rapprochons de plus en plus d’une situation où une température de 1,5°C pourrait être dépassé sur une période prolongée.

Source : Met Office, global-climat.

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According to the Met Office, 2023 will be one of the hottest years on record. The average global temperature is projected to be between 1.08°C and 1.32°C, with a central estimate of 1.20°C above the average for the pre-industrial period (1850-1900 ). It would then be the tenth consecutive year with temperatures reaching at least 1°C above pre-industrial levels. The central estimate of 1.20°C for 2023 would represent the 4th highest anomaly on record. 2022, meanwhile, is on track to be the 5th or 6th hottest year. We already know (see my post of December 7th, 2022) it will be the hottest year ever in France.
The graph above shows the evolution of global temperature from 1880 to 2022 (provisional data for 2022) compared to the pre-industrial period (average 1850-1900).
A phenomenon should be taken into account in global climate forecasts. Global temperature over the past three years has been influenced by the cooling effect generated by a long La Niña episode in the eastern Pacific.
For the year 2023, the Met Office climate model indicates the end of three consecutive years with La Niña and a return to relatively warmer conditions in parts of the tropical Pacific. There will be a first transition between the La Niña episode and a neutral phase, itself followed by an El Niño episode. This change will most likely lead to a rise in global temperatures.
So far, 2016 and 2020 have been the warmest years since observations began in 1850. 2016 was an El Niño year where global temperature was boosted by warmer waters in parts of the tropical Pacific during winter 2015-2016. 2020 was boosted by relatively warm Pacific conditions in 2019, but to a much lesser extent than the major episode of 2016.
Without a significant El Niño episode, 2023 may not be a record year. Even so, with the ongoing increase in global greenhouse gas emissions, next year is likely to be another remarkably hot year. Some models predict the emergence of El Niño conditions in the second half of 2023, but the effects should mainly be felt at the end of 2023 and especially in 2024.
It should be noted that the Met Office forecasts are based on the main drivers of global climate, but they do not include unpredictable events such as large volcanic eruptions which would cause temporary cooling.
According to an analysis published by the World Meteorological Organization (WMO) in early 2022, it is extremely likely that one of the next five years will be the hottest on record, breaking the record of 2016, with an overshoot of 1.5 °C above pre-industrial levels.
Under the 2015 Paris Agreement (COP 21), countries agreed to keep global warming well below 2°C, and preferably limit it to 1.5°C above pre-industrial levels. According to WMO, it is now 50/50 for at least one year to exceed 1.5°C above pre-industrial levels by 2026. Only one year exceeding 1.5°C does not mean that the planet has officially crossed the emblematic threshold of the Paris Agreement. It reveals that we are getting closer and closer to a situation where a temperature of 1.5°C could be exceeded for an extended period.
Source: Met Office, global-climat.

Les glaciers n’ont pas fini de fondre….

La géothermie avec de nouveaux forages à très grande profondeur // Geothermal energy with new very deep drillings

L’immense potentiel d’énergie géothermique qui sommeille sous la surface de la Terre ne demande qu’à être exploité pour chauffer les maisons ou produire de l’électricité, comme cela se fait en Islande où cette énergie est convertie en électricité grâce à la force de la vapeur. Portée à haute température dans des réservoirs géothermiques ou les aquifères dans la croûte terrestre, l’eau se transforme en vapeur qui fait ensuite tourner des turbines qui activent un générateur produisant de l’électricité. Lorsque la vapeur redevient de l’eau, elle est renvoyée dans sol et le cycle recommence. En bref, l’énergie géothermique a, en théorie, le potentiel de fournir une énergie propre au monde entier.
Pour puiser cette puissance naturelle, les ingénieurs devront inventer de nouvelles stratégies pour forer jusqu’à 20 kilomètres de profondeur à l’intérieur de la Terre. Quaise Energy, une start-up rattachée au Massachusetts Institute of Technology (MIT) pense avoir la solution avec le forage à ondes millimétriques. Les scientifiques pensent que la technologie peut vaporiser suffisamment de roche pour créer les puits de forage les plus profonds au monde. Ils pourront ainsi récolter l’énergie géothermique à grande échelle pour satisfaire la consommation humaine sans avoir besoin de combustibles fossiles.
L’énergie géothermique est pratiquement illimitée, mais elle est actuellement sous-utilisée. Selon l’Agence Internationale de l’Energie, la production d’électricité géothermique n’a augmenté que d’environ 2 % en 2020 avec une capacité supplémentaire de 200 mégawatts, ce qui représente une baisse significative par rapport à la croissance enregistrée au cours des cinq années précédentes. À titre de comparaison, une centrale au charbon classique a une capacité d’environ 600 MW.
Pour atteindre zéro émission nette d’ici 2030, la production mondiale d’énergie géothermique devrait augmenter de 13 % chaque année entre 2021 et 2030, soit environ 3,6 gigawatts de capacité. Pour y parvenir, il faudra un meilleur accès à l’eau ultra-chaude qui se trouve à très grande profondeur. C’est le but recherché avec le forage à ondes millimétriques.
Actuellement, le puits de forage le plus profond au monde est le Kola Superdeep Borehole en Russie, près de la Norvège. Résultat d’un projet remontant à l’Union Soviétique, il s’agissait de forer le plus profond possible dans la croûte terrestre, qui fait en moyenne environ 30 kilomètres d’épaisseur sous les continents. Au final, ce puits n’atteint que 12,1 kilomètres dans la croûte et il a fallu 20 ans pour le réaliser car les équipements conventionnels, tels que les foreuses mécaniques, ne peuvent pas gérer les conditions rencontrées à une telle profondeur.
La nouvelle technologie mise au point par Quaise Energy, conçue pour perforer la roche avec des ondes millimétriques, pourrait être une solution. En remplaçant les forets conventionnels par des ondes millimétriques générées par une machine baptisée gyrotron, il est possible de faire fondre puis de vaporiser la roche. Un gyrotron dispose d’une puissante source de faisceaux, comme les lasers, mais avec une gamme de fréquences différente. Il a fallu plus de 15 ans à la start-up pour développer la technologie en laboratoire, et démontrer finalement que les ondes millimétriques pouvaient forer le basalte. La technologie devrait permettre de creuser à 20 kilomètres de profondeur, là où les températures atteignent plus de 480 degrés Celsius.
Le projet devrait débuter par une conception hybride, utilisant d’abord la technologie de forage rotatif conventionnelle développée par les industries pétrolières et gazières pour perforer les couches de surface de la Terre. C’est alors que l’on utilise les ondes millimétriques à haute puissance. La première plate-forme de forage hybride à grande échelle devrait être opérationnelle d’ici 2024. D’ici 2026, le premier système géothermique prévu pour produire 100 mégawatts d’énergie thermique fonctionnera à partir de quelques puits de forage. D’ici 2028, le nouveau système devrait commencer à remplacer les centrales à combustibles fossiles par des centrales géothermiques.
Grâce aux températures élevées atteintes à très grande profondeur, la nouvelle technologie produit de la vapeur très proche de la température à laquelle fonctionnent les centrales électriques au charbon et au gaz d’aujourd’hui. Ainsi, il sera possible de remplacer 95 à 100 % de l’utilisation du charbon en développant un champ géothermique et en produisant de la vapeur à partir des profondeurs de la Terre.
Il reste encore beaucoup à faire pour développer pleinement la nouvelle technologie. Les scientifiques doivent mieux comprendre les propriétés des roches à grande profondeur et faire progresser la chaîne d’approvisionnement des gyrotrons qui produisent les ondes millimétriques. De plus, l’équipement devra être produit en quantité et avec une conception robuste adaptée à l’environnement des forages.
Viennent ensuite des défis techniques supplémentaires, tels que la technique d’élimination des matériaux remontés lors du forage et la nécessité de maintenir les puits stables et ouverts une fois le forage terminé.
Au moment où les sources d’énergie géothermique plafonnent à travers le monde parce que les méthodes de forage conventionnelles sont inadaptées pour gérer des profondeurs supérieures à 120 mètres, le Département américain de l’Energie a octroyé à Quaise Energy une subvention pour accélérer les expériences avec un gyrotron plus puissant, et continuer à améliorer les capacités de vaporisation.
Source : Yahoo Actualités, Popular Mechanics.

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The vast geothermal energy locked below Earth’s surface is just waiting to be tapped to heat the houses or to produce electricity, as this is done in Iceland where it is converted to electricity through steam. As water is heated in geothermal reservoirs or aquifers in Earth’s crust, steam is created, which then turns turbines that activate a generator, ultimately spitting out electricity. When the steam becomes water again, it’s returned to the ground so it can go through the cycle all over again. In short, it has the potential to provide clean energy to the entire world.

To tap into this natural power, engineers must devise a new strategy for drilling 20 kilometers into Earth, deep into rock. An MIT spinoff company believes it has the answer: millimeter wave drilling. Scientists believe the technology can vaporize enough rock to create the world’s deepest holes and harvest geothermal energy at scale to satisfy human energy consumption without the need for fossil fuels.

Although geothermal energy is a nearly limitless form of sustainable energy production, it is currently being underutilized. According to the International Energy Agency, geothermal electricity generation grew only about 2 percent in 2020 with an added 200 megawatts of capacity, a marked fall from the growth seen in the previous five years. As a comparison, a typical coal plant has about 600 MW of capacity.

To reach net-zero emissions by 2030, global geothermal energy production needs to increase by 13 percent each year between 2021-2030, or about 3.6 gigawatts of capacity. For that to happen, we need better access to this ultra-hot water from Earth’s core. It is hoped that millimeter wave drilling will do the job.

Currently, the world’s deepest drilled hole is the Kola Superdeep Borehole in Russia near Norway. A project of the Soviet Union, it was an attempt to drill as deeply as possible into Earth’s crust, which is on average about 30 kilometers thick beneath continents. But this hole reaches just 12.1 kilometerrs into the crust and took 20 years to complete because conventional equipment, such as mechanical drills, can’t handle the conditions at those depths.

The MIT new technology, designed to blast rock with millimeter waves, might be a solution. By replacing conventional drill bits with millimeter wave energy, powered by a gyrotron machine, it is possible to melt and then vaporize the rock to create many of these deep holes. A gyrotron features a powerful beam source, like lasers, but with a different frequency range. It took MIT over 15 years to develop the general technique in a lab, eventually demonstrating the millimeter waves could drill holes in basalt. The technology is expected to reach 20 kilometers into the ground, where temperatures reach over 480 degrees Celsius.

The plan is to usher in a hybrid design, first using conventional rotary drilling technology developed by the oil and gas industries to cut through Earth’s surface layers. Then, once crews reach the basement rock, they switch over to high-power millimeter waves. The first full-scale hybrid drilling rig will be operational by 2024. By 2026, the first geothermal system, rated to 100 megawatts of thermal energy, will be operating from a handful of wells. By 2028, ithe new system is likely to start replacing fossil fuel-powered energy plants with geothermal plants.

At these high temperatures, the new technology is producing steam very close to, if not exceeding, the temperature that today’s coal and gas-fired power plants operate at. So, it will be possible to replace 95 to 100 percent of the coal use by developing a geothermal field and producing steam from the Earth.

There is still a lot to do to fully develop the new technology. Scientists need to better understand rock properties at great depth and advance the supply chain for gyrotrons, the linear-beam vacuum tubes that produce the millimeter waves.The equipment must be produced in quantity and with a robust design suitable for a field environment.

Then come some additional engineering challenges, such as the proper removal technique for the ash created during the borehole drilling, and the need to keep the bored holes stable and open once completed.

With geothermal energy sources plateauing across the world because conventional drilling methods proved impractical to handle the hotter and harder crusts much deeper than the shallow depths of 120 meters, the United States Department of Energy has offered the MIT department a grant to increase the experiments with a larger gyrotron to continue improving the vaporizing abilities.

Source: Yahoo News, Popular Mechanics.

Vue du gyrotron (Source: Encyclopaedia Britannica)

Surtsey (Islande) a FAILLI devenir française !

Le numéro de décembre 2022 de la revue HISTORIA est consacré aux « terres oubliées de l’empire français ». Mention est faites de l’île Julia au large de la Sicile. Baptisée tour à tour Julia par les Français, Ferdinandea par les Italiens, Graham par les Anglais, son sommet a rejoint les profondeurs car il n’a pas résisté aux assauts des vagues. Vous découvrirez ces turbulences dans le livre Histoires de Volcans, Chroniques d’éruptions (Editions Omniscience) dont je suis le co-auteur avec Dominique Decobecq.

Surtsey a mieux résisté et on peut l’apercevoir aujourd’hui au sud de l’Islande. En lisant l’article qui est consacré à cette île dans HISTORIA, on apprend qu’elle a failli devenir française, mais seulement failli !

Le 10 novembre 1963, les marins à bord d’un chalutier islandais aperçoivent une épaisse colonne de fumée qui, selon eux, provient d’un navire en perdition. Il s’agit en fait du début d’une éruption sous-marine qui dura quatre jours.

La naissance d’une nouvelle île enthousiasme le grand reporter Gérard Géry qui vend le sujet à Paris Match. Très vite il constitue une petite équipe avec le photographe Philippe Laffon et l’alpiniste Pierre Mazeaud. Les trois hommes arrivent le 6 décembre à portée de la nouvelle île qu’ils atteignent en zodiac. Ils y débarquent et plantent deux drapeaux : le drapeau français et celui de Paris Match. Cette initiative déplaît, semble-t-il, à Surt, le dieu scandinave qui a donné son nom à l’île. Une violente explosion oblige les trois Français à décamper à toute vitesse une quinzaine de minutes après leur débarquement

Pour les Islandais, cette initiative française n’est pas sérieuse. Surtsey se trouvant à quelques encablures des Iles Vestmann, dans les eaux territoriales islandaises, elle appartient forcément à ce pays. Le gouvernement français n’a pas essayé de faire valoir le droit du premier occupant et Surtsey n’est donc pas devenu le territoire français le plus septentrional !

Rappelons que l’accès à Surtsey est aujourd’hui interdit au public. Il est réservé aux scientifiques étudiant la propagation de la vie sur une terre nouvelle. Cette étude de l’île pourra se faire tant que l’île émergera de l’océan. Faute de nouvelle activité éruptive, elle est vouée, elle aussi, à disparaître sous les assauts des vagues…

Naissance de Surtsey en 1963

Surtsey aujourd’hui (Source: Wikipedia)