Le dernier Volcano Watch de l’Observatoire des Volcans Hawaiiens (HVO) est dédiée à la mesure des déformations et en particulier de l’inclinaison du sol – tilt en anglais – sur les volcans, avec le Kilauea comme référence.
La mesure des déformations subies par un volcan sous la pression du magma est un paramètre essentiel en matière de surveillance volcanique. Les instruments à la disposition du HVO incluent un certain nombre de méthodes satellitaires récentes, mais un instrument revêt une importance depuis très longtemps : l’inclinomètre, aussi appelé tiltmètre.
L’inclinaison du sol sur un volcan constitue la première donnée géodésique utilisée par le HVO et continue d’être très importante à la fois pour la surveillance et la recherche fondamentale sur le comportement des volcans.

 

Images de déformation de la zone sommitale du Kilauea (Source : HVO)

Ce n’est qu’au début du 20ème siècle que les scientifiques ont commencé à se rendre compte que les éruptions volcaniques s’accompagnaient de changements topographiques.
En 1917, le Dr Thomas Jaggar a commencé à étudier les variations d’inclinaison des volcans hawaiiens. Dans un premier temps, il a observé les déviations des sismomètres Omori et Bosch-Omori du HVO. Plus tard, il a construit des « clinoscopes » spécialement conçus pour les volcans hawaiiens. Ces instruments donnaient une idée approximative de l’inclinaison sur une période d’une journée à une semaine.
Dans les années 1950, un scientifique du HVO a conçu un inclinomètre plus performant utilisant de l’eau. Cet appareil fournissait une mesure précise de l’inclinaison quotidienne ou même horaire. Les « inclinomètres à tube d’eau » ont permis aux scientifiques du HVO de suivre les mouvements du sommet du Kilauea au cours de plusieurs éruptions. Ils ont pu ainsi obtenir une mesure en continu de l’inflation et de la déflation du sol.
L’inclinomètre à tube d’eau se compose de trois « pots » d’eau reliés par des tubes de telle sorte que l’eau puisse circuler librement entre eux. Un pot est placé au centre et les deux autres sont placés à l’est et au nord du pot central. L’eau dans les tubes cherche toujours à être de niveau, mais lorsque le sol s’incline et déplace les pots vers le haut ou vers le bas, on a l’impression que le niveau d’eau descend ou monte. En lisant la profondeur de l’eau dans chaque pot, on peut déterminer l’inclinaison du sol depuis la dernière mesure.
Les données fournies par les inclinomètres à tube d’eau étaient particulièrement précieuses car elles pouvaient être récupérées régulièrement et constituer une série chronologique continue. Ce type de mesures en continu facilite l’analyse de l’activité volcanique, ce qui ne serait pas possibles si les données n’étaient collectées que lors des éruptions. En particulier, les inclinomètres à tube d’eau ont montré des cycles d’inflation rapide entre les éruptions, puis une déflation soudaine lorsque les éruptions vidaient les chambres magmatiques.

Tiltmètre à tube d’eau (Crédit photo : HVO)

Au début des années 1970, des inclinomètres électroniques ont commencé à être installés sur le Kilauea. Ces instruments sont insérés dans des forages d’environ 5 mètres de profondeur, afin d’être à l’abri des intempéries, et ils peuvent fournir des mesures d’inclinaison précises, jusqu’à une fraction de microradian chaque minute.

Après la fin de l’éruption du Pu’uO’o en 2018, la nature de l’inclinaison du sommet du Kilauea a encore changé. Les inclinomètres électroniques ont commencé à enregistrer une forte tendance inflationniste, pas très différente des niveaux observés par les inclinomètres à tube d’eau dans les années 1950-1970. Des éruptions majeures, semblables à celles du Kilauea Iki ou du Mauna Ulu – qui ont entraîné d’importantes déflations au sommet – ne se sont pas produites récemment, mais la similitude des mesures actuelles avec celles des années 1950 et 1970 montre que le comportement du Kilauea aujourd’hui n’est pas très différent de celui d’avant l’éruption de 2018.
Cela signifie que les données collectées et les enseignements tirés du système d’alimentation du Kilauea sont toujours valables aujourd’hui. Les scientifiques peuvent toujours s’appuyer sur le comportement passé du Kilauea pour faire des prévisions sur le comportement futur de ce volcan, et émettre de nouvelles hypothèses sur ce qui a pu se produire dans le passé.
Par exemple, en examinant les données du passé, les scientifiques ont conclu que la situation actuelle au sud de la caldeira du Kilauea est probablement due à l’accumulation de magma dans un réservoir de la caldeira sud en 2015 et 2021.
Le dernier Volcano Watch ne s’y attarde pas, mais aujourd’hui l’interférométrie radar satellitaire (InSAR) fournit une image instantanée de la déformation d’un volcan depuis l’air et l’espace.. L’InSAR utilise des images radar du sol fournies par des avions ou des satellites pour établir des cartes de déformation du sol.
Source : USGS/HVO.

 

Image InSAR du Kilauea en mars 2011 (Source : HVO)

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The latest Volcano Watch by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) is dedicated to the measurement of tilt on volcanoes, especialli Kilauea.

Measuring how a volcano deforms in response to moving magma is an essential parameters of volcano monitoring. The Observatory’s instrumentation includes a number of newer, satellite-based methods but another important instrument has been around a lot longer: the tiltmeter.

Tilt data was the first geodetic data collected by HVO and continues to be very important both for monitoring and basic research in volcano behaviour.

In the early 20^th century, scientists were only beginning to recognize that volcanic eruptions were accompanied by topographic changes.

In 1917, Dr. Thomas Jaggar began tracking tilt changes at Hawaiian volcanoes. At first, he looked at the deflections of the HVO’s Omori and Bosch-Omori seismometers. Later, he constructed specially designed “clinoscopes.” These provided a rough idea of the amount of tilt over the span of a day to a week.

In the 1950s, an HVO scientist designed an improved tiltmeter using water. This apparatus provided a precise tilt measurement to track daily or even hourly tilt. The “water tube tiltmeters” allowed HVO scientists to track the movement of Kilauea’s summit through several eruptions, providing a continuous record of inflation and deflation.

The water tube tiltmeter consists of three “pots” of water connected by tubes such that the water can freely flow between them. One pot is placed in the center, and the other two are placed east and north of the center pot. The water in the tubes will always seek to be level, but when the ground tilts and moves the pots up or down, it will look like the water level is moving down or up. By reading the depth of the water in each pot, one can work out how much the ground has tilted since the last reading.

Water tube tilt data was especially valuable because it could be collected regularly to form a continuous time series. This kind of continuous record facilitates discoveries that wouldn’t be possible if data was only collected during eruptions. In particular, the water tube tiltmeters showed cycles of steep inflationary tilt between eruptions and then sudden deflation as eruptions drained magma chambers.

In the early 1970s, electronic tiltmeters began to be installed around Kilauea. These instruments are installed in boreholes about 5 meters) deep, so that they might be protected from the weather, and can provide tilt measurements down to a fraction of a microradian every minute.

After the end of the Pu’uO’o eruption in 2018, the character of tilt at Kilauea’s summit changed again. Electronic tiltmeters began to record steep inflationary tilt, not too different from the rates observed by the water tube tiltmeter in the 1950s–1970s. Major eruptions, similar to Kilauea Iki or Mauna Ulu – which resulted in large summit deflations – have not occurred recently, but the similarity of the current records to those from the 1950s-1970s is another sign that Kilauea is not too different now from how it was before the 2018 eruption.

This means that the data collected, and the lessons learned about Kilauea’s plumbing system, are still applicable today. Scientists can still use Kilauea’s past behaviour to make forecasts about future behaviour and test out new ideas for what may have happened in the past.

For example, by looking back at past records, scientists have concluded that the current situation south of Kilauea’s caldera is likely due to magma accumulation in a South Caldera reservoir, which occurred in 2015 and 2021.

The latest Volcano Watch does not mention it, but today Interferometric Aperture Radar (InSAR) provides a snapshot of volcano deformation from air and space. InSAR uses radar images of the ground that are collected by airplanes or orbiting satellites to make maps of ground deformation.

Source : USGS / HVO.